Nhóm25 -kiên' trúc 4G LTE

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT .......................................................................................................... 2 DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU ............................................................................................... 3 BẢNG PHÂN CÔNG THỰC HIỆN ĐỀ TÀI ..................................................................................... 4 LỜI MỞ ĐẦU ..................................................................................................................................... 5 PHẦN NỘI DUNG .............................................................................................................................. 6 CHƢƠNG 1: TIẾN TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TỪ 1G LÊN 4G...................................................................................................................................... 6 1.1.Mạng thông tin di động 1G :.................................................................................................. 6 1.2.Mạng thông tin di động 2G:................................................................................................... 7 1.3.Mạng thông tin di động 2,5 G................................................................................................ 9 1.4.Mạng thông tin di động 3G :................................................................................................ 10 1.5.Mạng thông tin di động thế hệ 3.5G : .................................................................................. 12 1.6.Mạng thông tin di động 4G :................................................................................................ 12 CHƢƠNG 2 : GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ VÀ MỤC TIÊU THIẾT KẾ LTE ...................... 15 2.1. Giới thiệu về công nghệ LTE: ............................................................................................ 15 2.2. Mục tiêu thiết kế LTE :....................................................................................................... 16 2.3. Lộ trình phát triển công nghệ LTE và các công nghệ khác: ............................................... 18 2.3.1.WiMAX ........................................................................................................................ 18 2.3.2.So sánh công nghệ kỹ thuật dùng trong WiMAX và 3G LTE:..................................... 20 2.3.3.Dịch vụ, ứng dụng và tƣơng lai không xa cho công nghệ LTE: ................................... 22 CHƢƠNG 3 : KIẾN TRÚC GIAO THỨC CỦA 4G-LTE ............................................................ 25 3.1. PDCP: Packet Data Convergence Protocol - Giao thức hội tụ số liệu gói......................... 27 3.2. RLC: radio link control - điều khiển liên kết vô tuyến ...................................................... 28 3.3. Điều khiển truy nhập môi trƣờng MAC(Medium Access Control) .................................. 30 3.3.1 Các kênh logic và các kênh truyền tải ......................................................................... 30 3.3.2 Hoạch định đƣờng lên.................................................................................................. 32 3.3.3 Hoạch định đƣờng xuống.............................................................................................. 34 3.3.4 Hybrid ARQ ................................................................................................................. 37 3.4 PHY: physical layer - lớp vật lý ........................................................................................... 41 KẾT LUẬN ....................................................................................................................................... 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO: ................................................................................................................ 45

1

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT AMPS

Advanced Mobile Phone Sytem

Hệ thống điện thoại di động tiên tiến

BCCH

Broadcast Control Channel

Kênh điều khiển quảng bá

BCH

Broadcast Channel

Kênh quảng bá

DCCH

Dedicated Control Channel

Kênh điều khiển dành riêng

DL-SCH Downlink Shared Channel

Kênh chia sẻ đƣờng xuống

EDGE

Enhanced Data Rates for GSM

Tốc độ số liệu tăng cƣờng để phát

Evolution

triển GSM

GPRS

General Packet Radio Service

Dịch vụ vô tuyến gói chung

HSCSD

High Speed Circuit Switched Data

Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao

High Speed Downlink Package

Truy nhập gói đƣờng xuống tốc độ

Access

cao

MAC

Medium Access Control

Điều khiển truy cập môi trƣờng

MCCH

Multicast Control Channel

Kênh điều khiển multicast

MCH

Multicast Channel

Kênh multicast

MIMO

Multiple input Multiple Output

Đa nhập đa xuất

MTCH

Multicast Traffic Channel

Kênh lƣu lƣợng multicast

PCCH

Paging Control Channel

Kênh điều khiển tìm gọi

PCH

Paging channe

Kênh tìm gọi

PDCP

Packet Data Convergence Protocol

Giao thức hội tụ số liệu gói

PDU

Protocol Data Unit

Đơn vị dữ liệu giao thức

PHY

Physical layer

Lớp vật lý

DTCH

Dedicated Traffic Channel

Kênh lƣu lƣợng dành riêng

HSDPA

2

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

RLC

Radio Link Control

Điều khiển liên kết vô tuyến

SDU

Service Data Unit

Đơn vị dữ liệu dịch vụ

TACS

Total Access Communication

Hệ thống giao tiếp truy cập tổng

Sytem

hợp

UL-SCH Uplink shared channel

Kênh chia sẻ đƣờng lên

DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU Hình 1: Lộ trình phát triển thông tin di động từ 1G lên 4G……………………… 12 Hình 2.1: Kiến trúc mô hình LTE theo TR 23.822 ……………………………….15 Hình 2.2: Lộ trình phát triển thông tin di động từ 1G lên 4G……………………. 18 Hình 2.3: Lộ trình phát triển thông tin di động từ 1G lên 4G……………………. 19 Hình 3.1 – Kiến trúc giao thức LTE (đƣờng xuống)……………………………… 25 Hình 3.2: Sơ đồ mô tả các thành phần của phần mềm PDCP:……………………..26 Hình 3.3: Phân đoạn và hợp đoạn RLC…………………………………………… 27 Hình 3.4:Thí dụ về sắp xếp các kênh logic lên các kênh truyền tải ……………….31 Hình 3.5 : Việc lựa chọn đinh dạng truyền dẫn trong đƣờng xuông (bên trái ) và đƣờng lên ( bên phải )………………………………………………………….......32 Hình 3.6 Giao thức hybrid-ARQ đồng bộ và không đồng bộ……………………...38 Hình 3.7 : Nhiều tiến trình hybrid – ARQ song song……………………………...38 Hình 3.8 – Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho DL-SCH……………………….41 Hình 3.9 – Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho UL-SCH …………………….. 42

Bảng 2 : So sánh công nghệ kỹ thuật dùng trong WiMAX và 3G LTE……………19 Bảng 3. Dịch vụ và ứng dụng của LTE …………………………………………….21

3

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

BẢNG PHÂN CÔNG THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

STT

HỌ VÀ TÊN

LỚP

PHẦN THỰC HIỆN + Chƣơng 1

1

ĐÀM THẢO PHƢƠNG

L10CQVT11B + Chƣơng 2

GHI CHÚ NT 0947266518

+ Hoàn thiện slide. + Mở đầu chƣơng 3 và 2

PHẠM THỊ THUẬN

L10CQVT11B

3.1 + 3.2

0944582179

+ Hoàn thiện bản text. + Chƣơng 2 : 3.3 và 3

TRẦN SỸ KHOẢN

L10CQVT11B

3.4

0947266484

+ In ấn

4

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay ngành viễn thông có những bƣớc phát triển rất nhanh, hình thành môi trƣờng cạnh tranh lớn giữa các nhà khai thác mạng phục vụ nhu cầu về thông tin cho con ngƣời ngày càng đòi hỏi cao hơn. Chất lƣợng các dịch vụ ngày càng trở thành chìa khóa để có thể dẫn tới thành công. Song song với xu thế này, nhu cầu ngày càng gia tăng đối với các dịch vụ truyền thông mới, đủ khả năng đáp ứng việc cung cấp dịch vụ hoặc tăng tính cạnh tranh. ITU công bố chuẩn IMT-2000 cho hệ thống 3G năm 1992, tuy nhiên sau đó 4G mới là đích đến của truyền tải dữ liệu không dây. LTE đƣợc xem nhƣ “ngƣời kế thừa” xuất sắc của thế hệ công nghệ mạng 3G hiện tại, dựa trên nền tảng WCDMA, HSDPA, HSUPA, và HSPA. LTE cập nhật công nghệ UMTS để cải thiện một cách đáng kể tốc độ truyền dữ liệu hai chiều. Nhận thấy công nghệ LTE là công nghệ mới triển vọng nhất cho việc tiến lên 4G nên nhóm chúng em chọn đề tài tìm hiểu về LTE : “ Kiến trúc giao thức của 4G – LTE ”. Nội dung báo cáo gồm có:  Chƣơng 1: Tiến trình phát triển của các hệ thống thông tin di động từ 1G lên 4G. 5

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

 Chƣơng 2: Giới thiệu về công nghệ và mục tiêu thiết kế LTE.  Chƣơng 3: Kiến trúc giao thức 4G-LTE Chúng em xin trân thành cảm ơn sự hƣớng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Viết Đảm, khoa Viễn thông 1, Học viện Công nghệ Bƣu chính Viễn thông! Trong quá trình làm đề tài do còn nhiều hạn chế về kiến thức nên nhóm chúng em không tránh khỏi những thiếu sót, mong thầy cô và các bạn góp ý để đề tài nhóm chúng em đƣợc tốt hơn. Chúng em xin trân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 10/06/2012 Nhóm sinh viên thực hiện : ( Nhóm 25)

PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TIẾN TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TỪ 1G LÊN 4G. 1.1.Mạng thông tin di động 1G : Là mạng thông tin di động không dây cơ bản đầu tiên trên thế giới. Nó là hệ thống giao tiếp thông tin qua kết nối tín hiệu analog đƣợc giới thiệu lần đầu tiên vào những năm đầu thập niên 80s. Nó sử dụng các ăng-ten thu phát sóng gắn ngoài, kết nối theo tín hiệu analog tới các trạm thu phát sóng và nhận tín hiệu xử lý thoại thông qua các module gắn trong máy di động. Chính vì thế mà các thế hệ máy di động đầu tiên trên thế giới có kích thƣớc khá to và cồng kềnh do tích hợp cùng lúc 2 module thu tín hiện và phát tín hiệu. Mặc dù là thế hệ mạng di động đầu tiên với tần số chỉ từ 150MHz nhƣng mạng 1G cũng phân ra khá nhiều chuẩn kết nối theo từng phân vùng riêng trên thế giới: NMT (Nordic Mobile Telephone) đƣợc sử dụng ở các nƣớc Bắc Âu, Tây Âu và Nga. Một số công nghệ khác nhƣ AMPS (Advanced Mobile Phone Sytem – hệ thống điện thoại di động tiên tiến) đƣợc sử dụng ở Mỹ và Úc; TACS (Total Access 6

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

Communication Sytem – hệ thống giao tiếp truy cập tổng hợp) đƣợc sử dụng ở Anh, C-45 ở Tây Đức, Bồ Đào Nha và Nam Phi, Radiocom 2000 ở Pháp; và RTMI ở Italia. Những điểm yếu của thế hệ 1G là dung lƣợng thấp, xác suất rớt cuộc gọi cao, khả năng chuyển cuộc gọi không tin cậy, chất lƣợng âm thanh kém, không có chế độ bảo mật…do vậy hệ thống 1G không thể đáp ứng đƣợc nhu cầu sử dụng .

1.2.Mạng thông tin di động 2G: Năm 1982, hội nghị quản lý bƣu điện và viễn thông ở Châu Âu (CEPT – European Conference of Postal and Telecommunications ad minstrations) thành lập 1 nhóm nghiên cứu, GSM – Group Speciale Mobile, mục đích phát triển chuẩn mới về thông tin di động ở Châu âu. Năm 1987, 13 quốc gia ký vào bản ghi nhớ và đồng ý giới thiệu mạng GSM vào năm 1991. Năm 1988, Trụ sở chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI – European Telecommunication Standards Institute ) đƣợc thành lập, có trách nhiệm biến đổi nhiều tiến cử kỹ thuật GSM thành chuẩn European. Thế hệ thứ hai 2G của mạng di động chính thức ra mắt trên chuẩn GSM của Hà Lan, do công ty Radiolinja (Nay là một bộ phận của Elisa) triển khai vào năm 1991. Sự phát triển kỹ thuật từ FDMA -1G, 2G - là kết hợp FDMA và TDMA.Tất cả các chuẩn của thế hệ này đều là chuẩn kỹ thuật số và đƣợc định hƣớng thƣơng mại, bao gồm: GSM, iDEN, D-AMPS, IS-95, PDC, CSD, PHS, GPRS, HSCSD, WiDEN và CDMA2000 (1xRTT/IS-2000). Trong đó khoảng 60% số mạng hiện tại là theo chuẩn của châu Âu. Mạng 2G chia làm 2 nhánh chính: TDMA (Time Division Multiple Accessđa truy cập phân chia theo thời gian) và CDMA ( đa truy cập phân chia theo tần số) cùng nhiều dạng kết nối mạng tuỳ theo yêu cầu sử dụng từ thiết bị cũng nhƣ hạ tầng từng phân vùng quốc gia:

7

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN 

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

GSM (TDMA-based), khơi nguồn áp dụng tại Phần Lan và sau đó trở

thành chuẩn phổ biến trên toàn 6 Châu lục. Và hiện nay vẫn đang đƣợc sử dụng bởi hơn 80% nhà cung cấp mạng di động toàn cầu. 

CDMA2000 – tần số 450 MHZ cũng là nền tảng di động tƣơng tự

GSM nói trên nhƣng nó lại dựa trên nền CDMA và hiện cũng đang đƣợc cung cấp bởi 60 nhà mạng GSM trên toàn thế giới. 

IS-95 hay còn gọi là cdmaOne, (nền tảng CDMA) đƣợc sử dụng rộng

rãi tại Hoa Kỳ và một số nƣớc Châu Á và chiếm gần 17% các mạng toàn cầu. Tuy nhiên, tính đến thời điểm này thì có khoảng 12 nhà mạng đang chuyển dịch dần từ chuẩn mạng này sang GSM (tƣơng tự nhƣ HT Mobile tại Việt Nam vừa qua) tại: Mexico, Ấn Độ, Úc và Hàn Quốc. 

PDC (nền tảng TDMA) tại Japan



iDEN (nền tảng TDMA) sử dụng bởi Nextel tại Hoa Kỳ và Telus

Mobility tại Canada. 

IS-136 hay còn gọi là D-AMPS, (nền tảng TDMA) là chuẩn kết nối

phổ biến nhất tính đến thời điểm này và đƣợc cung cấp hầu hết tại các nƣớc trên thế giới cũng nhƣ Hoa Kỳ. * Thuận lợi và khó khăn của 2G : Ở công nghệ 2G tín hiệu kĩ thuật số đƣợc sử dụng để trao đổi giữa điện thoại và các tháp phát sóng, làm tăng hiệu quả trên 2 phƣơng diện chính : - Thứ nhất, dữ liệu số của giọng nói có thể đƣợc nén và ghép kênh hiệu quả hơn so với mã hóa Analog nhờ sử dụng nhiều hình thức mã hóa, cho phép nhiều cuộc gọi cùng đƣợc mã hóa trên một dải băng tần. - Thứ hai, hệ thống kĩ thuật số đƣợc thiết kế giảm bớt năng lƣợng sóng radio phát từ điện thoại. Nhờ vậy, có thể thiết kế điện thoại 2G nhỏ gọn hơn; đồng thời giảm chi phí đầu tƣ những tháp phát sóng. - Hơn nữa, mạng 2G trở nên phổ biến cũng do công nghệ này có thể triển khai một 8

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

số dịch vụ dữ liệu nhƣ Email và SMS. Đồng thời, mức độ bảo mật cá nhân cũng cao hơn so với 1G. Tuy nhiên, hệ thống mạng 2G cũng có những nhƣợc điểm, ví dụ, ở những nơi dân cƣ thƣa thớt, sóng kĩ thuật số yếu có thể không tới đƣợc các tháp phát sóng.Tại những địa điểm nhƣ vậy, chất lƣợng truyền sóng cũng nhƣ chất lƣợng cuộc gọi sẽ bị giảm đáng kể. 1.3.Mạng thông tin di động 2,5 G 2,5G chính là bƣớc đệm giữa 2G với 3G trong công nghệ điện thoại không dây. Khái niệm 2,5G đƣợc dùng để miêu tả hệ thống di động 2G có trang bị hệ thống chuyển mạch gói, bên cạnh hệ thống chuyển mạch kênh truyền thống.Trong khi các khái niệm 2G và 3G đƣợc chính thức định nghĩa thì khái niệm 2,5G lại không đƣợc nhƣ vậy. Khái niệm này chỉ dùng cho mục đích tiếp thị.

Trong đó : 

HSCSD = High Speed Circuit Switched Data: số liệu chuyển mạch

kênh tốc độ cao 

GPRS = General Packet Radio Service: dịch vụ vô tuyến gói chung: Hệ thống GPRS - bƣớc đầu tiên hƣớng tới 3G. Mở rộng kiến trúc mạng

GSM. Truy cập tốc độ cao và hiệu quả tới những mạng chuyển mạch gói khác (tăng tới 115kbps) 

EDGE = Enhanced Data Rates for GSM Evolution: tốc độ số liệu tăng

cƣờng để phát triển GSM: EDGE có thể phát nhiều bit gấp 3 lần GPRS trong một chu kỳ. Đây là lý do chính cho tốc độ bit EDGE cao hơn. ITU đã định nghĩa 384kbps là giới hạn tốc độ dữ liệu cho dịch vụ để thực hiện chuẩn IMT-2000 trong môi trƣờng không lý

9

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

tƣởng. 384kbps tƣơng ứng với 48kbps trên mỗi khe thời gian, giả sử một đầu cuối có 8 khe thời gian.

2,5G cung cấp một số lợi ích của mạng 3G (ví dụ chuyển mạch gói), và có thể dùng cơ sở hạ tầng đang tồn tại của 2G trong các mạng GSM và CDMA. GPAS là công nghệ đƣợc các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông GSM sử dụng. Và giao thức, nhƣ EDGE cho GSM, và CDMA 2000 1x-RTT cho CDMA, có thể đạt chất lƣợng nhƣ các dịch vụ 3G (vì dùng tốc độ truyền dữ liệu 144Kb/s), nhƣng vẫn đƣợc xem nhƣ dịch vụ 2,5G bởi vẫn chậm hơn vài lần so với dịch vụ 3G thật sự.

1.4.Mạng thông tin di động 3G : Là thế hệ truyền thông di động thứ ba, tiên tiến hơn hẳn các thế hệ trƣớc đó. Nó cho phép ngƣời dùng di động truyền cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại ( tải dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh, âm thanh, video clips… Với 3G, di động đã có thể truyền tải dữ liệu trực tuyến, online, chat, xem tivi theo kênh riêng...Trong số các dịch vụ của 3G, điện thoại video thƣờng đƣợc miêu tả nhƣ là lá cờ đầu. Giá tần số cho công nghệ 3G rất đắt tại nhiều nƣớc, nơi mà các cuộc bán đầu giá tần số mang lại hàng tỷ Euro cho các chính phủ. Bởi vì chi phí cho bản quyền về các tần số phải trang trải trong nhiều năm trƣớc khi các thu nhập từ mạng 3G đem lại, nên một khối lƣợng vốn đầu tƣ khổng lồ là cần thiết để xây dựng mạng 3G. Nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đã rơi vào khó khăn về tài chính và điều này đã làm chậm trễ việc triển khai mạng 3G tại nhiều nƣớc ngoại trừ Nhật Bản và Hàn Quốc, nơi yêu cầu về bản quyền tần số đƣợc bỏ qua do phát triển hạ tâng cơ sở IT quốc gia đƣợc đặt lên làm vấn đề ƣu tiên nhất. Và cũng chính Nhật Bản là nƣớc đầu tiên đƣa 3G vào khai thác thƣơng mại một cách rộng rãi, tiên phong bởi nhà mạng NTT DoCoMo. Tính đến năm 2005, khoảng 40% các thuê bao tại Nhật Bản là thuê bao 3G, và mạng 2G đang dần dần đi vào lãng quên trong tiềm thức công nghệ tại Nhật Bản.

10

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

Công nghệ 3G cũng đƣợc nhắc đến nhƣ là một chuẩn IMT-2000 của Tổ chức Viễn thông Thế giới (ITU). Ban đầu 3G đƣợc dự kiến là một chuẩn thống nhất trên thế giới,nhƣng trên thực tế thế giới 3G đã bị chia thành 4 phần riêng biệt:

UMTS (W-CDMA) 

UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), dựa trên công

nghệ truy cập vô tuyến W-CDMA, là giải pháp nói chung thích hợp với các nhà khai thác dịch vụ di động (Mobile network operator) sử dung GSM, tập trung chủ yếu ở châu Âu và một phần châu Á (trong đó có Việt Nam). UMTS đƣợc tiêu chuẩn hóa bởi tổ chức 3GPP, cũng là tổ chức chịu trách nhiệm định nghĩa chuẩn cho GSM, GPRS và EDGE. 

FOMA, thực hiện bởi công ty viễn thông NTT DoCoMo Nhật Bản

năm 2001, đƣợc coi nhƣ là một dịch vụ thƣơng mại 3G đầu tiên. Tuy là dựa trên công nghệ W-CDMA, nhƣng công nghệ này vẫn không tƣơng thích với UMTS (mặc dù có các bƣớc tiếp hiện thời để thay đổi lại tình thế này). CDMA 2000 

Là thế hệ kế tiếp của các chuẩn 2G CDMA và IS-95. Các đề xuất của

CDMA2000 đƣợc đƣa ra bàn thảo và áp dụng bên ngoài khuôn khổ GSM tại Mỹ, Nhật Bản và Hàn Quốc. CDMA2000 đƣợc quản lý bởi 3GPP2 – một tổ chức độc lập với 3GPP. Và đã có nhiều công nghệ truyền thông khác nhau đƣợc sử dụng trong CDMA2000 bao gồm 1xRTT, CDMA2000-1xEV-DO và 1xEV-DV. 

CDMA 2000 cung cấp tốc độ dữ liêu từ 144 kbit/s tới trên 3 Mbit/s.

Chuẩn này đã đƣợc chấp nhận bởi ITU. 

Ngƣời ta cho rằng sự ra đời thành công nhất của mạng CDMA-2000 là

tại KDDI của Nhận Bản, dƣới thƣơng hiệu AU với hơn 20 triệu thuê bao 3G. Kể từ năm 2003, KDDI đã nâng cấp từ mạng CDMA2000-1x lên mạng CDMA20001xEV-DO với tốc độ dữ liệu tới 2.4 Mbit/s. Năm 2006, AU nâng cấp mạng lên tốc độ 3.6 Mbit/s. SK Telecom của Hàn Quốc đã đƣa ra dịch vụ CDMA2000-1x đầu tiên năm 2000, và sau đó là mạng 1xEV-DO vào tháng 2 năm 2002. 11

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

TD-SCDMA :Chuẩn đƣợc ít đƣợc biết đến hơn là TD-SCDMA, đƣợc phát triển riêng tại Trung Quốc bởi công ty Datang và Siemens. Wideband CDMA: Hỗ trợ tốc độ giữa 384 kbit/s và 2 Mbit/s. Giao thức này đƣợc dùng trong một mạng diện rộng WAN, tốc độ tối đa là 384 kbit/s. Khi nó dùng trong một mạng cục bộ LAN, tốc độ tối đa chỉ là 1,8 Mbit/s. Chuẩn này cũng đƣợc công nhận bởi ITU.

1.5.Mạng thông tin di động thế hệ 3.5G : 3,5G là những ứng dụng đƣợc nâng cấp dựa trên công nghệ hiện có của 3G. Công nghệ của 3,5G chính là HSDPA (High Speed Downlink Package Access). Đây là giải pháp mang tính đột phá về mặt công nghệ, đƣợc phát triển trên cơ sở của hệ thống 3G W-CDMA. HSDPA cho phép download dữ liệu về máy điện thoại có tốc độ tƣơng đƣơng tốc độ đƣờng truyền ADSL, vƣợt qua những cản trở cố hữu về tốc độ kết nối của một điện thoại thông thƣờng. HSDPA là một bƣớc tiến nhằm nâng cao tốc độ và khả năng của mạng di động tế bào thế hệ thứ 3 UMTS. HSDPA đƣợc thiết kế cho những ứng dụng dịch vụ dữ liệu nhƣ: dịch vụ cơ bản (tải file, phân phối email), dịch vụ tƣơng tác (duyệt web, truy cập server, tìm và phục hồi cơ sở dữ liệu), và dịch vụ Streaming 1.6.Mạng thông tin di động 4G : Hay còn có thể viết là 4-G, là công nghệ truyền thông không dây thế hệ thứ tƣ, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ tối đa trong điều kiện lý tƣởng lên tới 1 1,5 Gbit/s. Cách đây không lâu thì một nhóm gồm 26 công ty trong đó có Vodafone (Anh), Siemens (Đức), Alcatel (Pháp), NEC và DoCoMo (Nhật Bản), đã ký thỏa thuận cùng nhau phát triển một tiêu chí cao cấp cho ĐTDĐ, một thế hệ thứ 4 trong kết nối di động – đó chính là nền tảng cho kết nối 4G sắp tới đây. Công nghệ 4G đƣợc hiểu là chuẩn tƣơng 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 Mbit/s khi di chuyển và tới 1 Gbit/s khi đứng yên, cũng nhƣ cho phép 12

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

ngƣời sử dụng có thể tải và truyền lên các hình ảnh, video clips chất lƣợng cao. Với cách nhìn nhận này, 4G sẽ chính là mạng 3G LTE, UMB hay WiMAX 802.16m. : cho phép ngƣời dùng truyền tải các dữ liệu HD, xem tivi tốc độ cao, trải nghệm web tiên tiến hơn cũng nhƣ mang lại cho ngƣời dùng nhiều tiện lợi hơn nữa từ chính chiếc di động của mình.

Hình 1: Lộ trình phát triển thông tin di động từ 1G lên 4G.  LTE (Long Term Evolution - Sự tiến hóa trong tương lai xa) miêu tả công việc chuẩn hóa của 3GPP để xác định phƣơng pháp truy nhập vô tuyến tốc độ cao mới cho các hệ thống truyền thông di động. LTE là bƣớc tiếp theo dẫn đến hệ thống thông tin di động 4G. Xây dựng trên các nền tảng kỹ thuật của họ các hệ thống mạng tế bào 3GPP (bao gồm GSM, GPRS và EDGE, WCDMA và HSPA), LTE cung cấp một con đƣờng tiến hóa đến các tốc độ cao hơn và độ trễ thấp hơn. Cùng với sự hiệu quả hơn trong sử dụng phổ tần hữu hạn của các nhà khai thác, LTE cho một môi trƣờng dịch vụ di động hấp dẫn và phong phú hơn.  UMB (Ultra Mobile Broadband- Mạng thông tin di động siêu băng rộng), là thế hệ mạng thông tin di động tiếp nối của CDMA2000 đƣợc phát triển bởi 3GPP2 mà chủ lực là Qualcomm. UMB đƣợc sánh ngang với công nghệ LTE của 3GPP. UMB sử dụng OFDMA, MIMO, đa truy cập phân chia theo không gian cũng nhƣ các kỹ thuật angten hiện đại để tăng khả năng của mạng, tăng 13

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

vùng phủ và tăng chất lƣợng dịch vụ. UMB có thể cho tốc độ dữ liệu đƣờng xuống tới 280Mbit/giây và dữ liệu đƣờng lên tới 75Mbit/giây.  WiMAX 802.16m (hay còn gọi là WiMAX II) đƣợc phát triển từ chuẩn IEEE 802.16e, là công nghệ duy nhất trong các công nghệ tiền 4G đƣợc xây dựng hoàn toàn dựa trên công nghệ đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA (kỹ thuật đa truy cập vào kênh truyền OFDM). Công nghệ WiMAX II sẽ hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu lên tới 100 Mb/s cho các ứng dụng di động và có thể lên tới 1Gb/s cho các ngƣời dùng tĩnh. Khoảng cách truyền của WiMAX II là khoảng 2 km ở môi trƣờng thành thị và khoảng 10 km cho các khu vực nông thôn.

14

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

CHƯƠNG 2 : GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ VÀ MỤC TIÊU THIẾT KẾ LTE 2.1. Giới thiệu về công nghệ LTE: LTE là thế hệ thứ tƣ, tƣơng lai của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển. UMTS thế hệ thứ ba dựa trên WCDMA đã đƣợc triển khai trên toàn thế giới. Để đảm bảo tính cạnh tranh cho hệ thống này trong tƣơng lai, tháng 11/2004 3GPP đã bắt đầu dự án nhằm xác định bƣớc phát triển về lâu dài cho công nghệ di động UMTS với tên gọi Long Term Evolution (LTE). 3GPP đặt ra yêu cầu cao cho LTE, bao gồm giảm chi phí cho mỗi bit thông tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt các băng tần hiện có và băng tần mới, đơn giản hóa kiến trúc mạng với các giao tiếp mở và giảm đáng kể năng lƣợng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối.

.

GERAN

Gb

Gi

Internet

Lõi SGSN

•

UTRAN PCFR2

HSS

S4

S3 S6

E- RAN

Iu

S5a

S1 MME UPE

S7

S5b Neo 3GPP

Neo SAE

SGi

IASA Lõi gói phát triển

Internet S2

S2

Truy nhập IP của WLAN 3GPP

S7

Rx+ Các server IP tùy chọn (IMS, PSS, …

Rx+ PCFR2

Hình 2.1: Kiến trúc mô hình LTE theo TR 23.822

15

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

2.2. Mục tiêu thiết kế LTE :  Tăng tốc độ truyền dữ liệu : Trong điều kiện lý tƣởng dung lƣợng truyền trên kênh đƣờng xuống (downlink) có thể đạt 100 Mbps và trên kênh đƣờng lên (uplink) có thể đạt 50 Mbps đối với băng thông 20MHz , khi làm việc ở các giải tần khác thì dung lƣợng truyền cũng tỉ lệ tƣơng ứng. 

Tải xuống gấp 3 đến 4 lần; Tải lên gấp 2 đến 3 lần.



Độ dài băng thông linh hoạt: có thể hoạt động với các băng 1.25MHz,

1.6 MHz, 2.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz, 20 Mhz cả chiều lên và xuống. Hỗ trợ cả 2 trƣờng hợp độ dài băng lên và băng xuống bằng nhau hoặc không. 

Giảm thời gian chuyển đổi trạng thái trên mặt phẳng điều khiển :

+ Giảm thời gian để một thiết bị đầu cuối ( UE - User Equipment) chuyển từ trạng thái nghỉ sang nối kết với mạng, và bắt đầu truyền thông tin trên một kênh truyền.Thời gian này phải nhỏ hơn 100ms. Vì chính thời gian chuyển đổi này làm cho ngƣời dùng có thể cảm nhận đƣợc độ trễ khi truy cập một dich vụ trên internet sau một khoảng thời gian không hoạt động. LTE có thể hỗ trợ ít nhất 200 thiết bị đầu cuối di động ở trạng thái nối kết khi hoạt động ở dải tần 5 MHz. Trong mỗi băng tần rộng hơn 5 MHz, thì ít nhất có 400 thiết bị đầu cuối đƣợc hỗ trợ. Số lƣợng thiết bị đầu cuối ở trạng thái nghỉ trong cell không nói rõ là bao nhiêu nhƣng có thể là cao hơn một cách đáng kể. + Giảm độ trễ ở mặt phẳng ngƣời dùng: Nhƣợc điểm của các mạng tổ ong (cell) hiện nay là độ trễ truyền cao hơn nhiều so với các mạng đƣờng dây cố định. Điều này ảnh hƣởng lớn đến các ứng dụng nhƣ thoại và chơi game …,vì cần thời gian thực. Yêu cầu đối với LTE là độ trễ trên giao tiếp vô tuyến phải khoảng chừng 5 ms để độ trễ truyền từ UE này đến UE kia tƣơng đƣơng với độ trễ ở các mạng đƣờng dây cố định. 

Sẽ không còn chuyển mạch kênh : Tất cả sẽ dựa trên IP. Một trong

những tính năng đáng kể nhất của LTE là sự chuyển dịch đến mạng lõi hoàn toàn dựa trên IP với giao diện mở và kiến trúc đơn giản hóa. Sâu xa hơn, phần lớn công việc chuẩn hóa của 3GPP nhắm đến sự chuyển đổi kiến trúc mạng lõi đang tồn tại sang hệ thống toàn IP. Trong 3GPP.Chúng cho phép cung cấp các dịch vụ linh hoạt hơn và sự liên hoạt động đơn giản với các mạng di động phi 3GPP và các mạng cố 16

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

định. EPC dựa trên các giao thức TCP/IP – giống nhƣ phần lớn các mạng số liệu cố định ngày nay- vì vậy cung cấp các dịch vụ giống PC nhƣ thoại, video, tin nhắn và các dịch vụ đa phƣơng tiện. Sự chuyển dịch lên kiến trúc toàn gói cũng cho phép cải thiện sự phối hợp với các mạng truyền thông không dây và cố định khác.VoIP sẽ dùng cho dịch vụ thoại. 

Độ phủ sóng từ 5-100km : Trong vòng bán kính 5km LTE cung cấp tối

ƣu về lƣu lƣợng ngƣời dùng, hiệu suất phổ và độ di động. Phạm vi lên đến 30km thì có một sự giảm nhẹ cho phép về lƣu lƣợng ngƣời dùng còn hiệu suất phổ thì lại giảm một cách đáng kể hơn nhƣng vẫn có thể chấp nhận đƣợc, tuy nhiên yêu cầu về độ di động vẫn đƣợc đáp ứng. Bị giới hạn trong các cell có bán kính lên đến 100km. Dung lƣợng thì khoảng hơn 200 ngƣời/cell (với băng thông 5MHz) 

Kiến trúc mạng sẽ đơn giản hơn so với mạng 3G hiện thời. Tuy nhiên

mạng LTE vẫn có thể tích hợp một cách dễ dàng với mạng 3G và 2G hiện tại. Điều này hết sức quan trọng cho nhà cung cấp mạng triển khai LTE vì không cần thay đổi toàn bộ cơ sở hạ tầng mạng đã có. 

OFDMA ,SC-FDMA và MIMO đƣợc sử dụng trong LTE thay vì

CDMA nhƣ trong 3G. 

Giảm chi phí : Yêu cầu đặt ra cho hệ thống LTE là giảm thiểu đƣợc chi

phí trong khi vẫn duy trì đƣợc hiệu suất nhằm đáp ứng đƣợc cho tất cả các dịch vụ.Các vấn đề đƣờng truyền,hoạt động và bảo dƣỡng cũng liên quan đến yếu tố chi phí,chính vì vậy không chỉ giao tiếp mà việc truyền tải đến các trạm gốc và hệ thống quản lý cũng cần xác định rõ, ngoài ra một số vấn đề cũng đƣợc yêu cầu nhƣ là độ phức tạp thấp,các thiết bị đầu cuối tiêu thụ ít năng lƣợng. 

Cùng tồn tại với các chuẩn và hệ thống trƣớc: Hệ thống LTE phải cùng

tồn tại và có thể phối hợp hoạt động với các hệ thống 3GPP khác .Ngƣời sử dụng LTE sẽ có thể thực hiện các cuộc gọi từ thiết bị đầu cuối của mình và thậm chí khi họ không nằm trong vùng phủ sóng của LTE. Do đó, cho phép chuyển giao các dịch vụ xuyên suốt, trôi chảy trong khu vực phủ sóng của HSPA, WCDMA hay GSM/GPRS/EDGE. Hơn thế nữa, LTE hỗ trợ không chỉ chuyển giao trong hệ thống, liên hệ thống mà còn chuyển giao liên miền giữa miền chuyển mạch gói và miền chuyển mạch kênh. 17

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

LTE đƣợc 3GPPS nghiên cứu và phát triển với sự hậu thuẫn của các đại gia trong làng viễn thông thế giới nhƣ Alcatel-Lucent, Ericsson, Motorola, Nokia, Nokia Siemens Networks, Huawei, LG Electronics, Samsung, NEC, Fujitsu…

2.3. Lộ trình phát triển công nghệ LTE và các công nghệ khác: Hiện nay, công nghệ truyền thông phát triển nhƣ vũ bão tạo thành những cuộc chiến cạnh tranh các công nghệ. Trong đó nổi trội là cuộc cạnh tranh giữa công nghệ LTE và công nghệ WiMax.

Hình 2.2 : Lộ trình phát triển LTE và các công nghệ khác 2.3.1.WiMAX WiMAX là tên thông dụng thƣờng dùng để chỉ công nghệ truy nhập không dây băng rộng sử dụng giao diện của chuẩn IEEE 802.16. Gần đầy WiMAX đã đƣợc ITU-R chính thức công nhận là một chuẩn 3G trong họ IMT-2000. Điều này có ý 18

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

nghĩa rất lớn đối với tƣơng lai của WiMAX vì nó sẽ thúc đẩy sự triển khai rộng khắp của WiMAX, đặc biệt trên băng tần 2.5-2.69GHz, để cung cấp dịch vụ Internet băng rộng, bao hàm cả VoIP và nhiều dịch vụ thông qua kết nối Internet. Trong họ IEEE 802.16 nổi bật nhất là chuẩn 802.16e-2005 với khả năng đáp ứng cả các ứng dụng cố định cũng nhƣ các dịch vụ di động, nên còn đƣợc gọi là WiMAX di động. Chuẩn này đã và đang đƣợc thử nghiệm ở nhiều nƣớc. Hiện tại, WiMAX di động "Wave 2" dùng 2 ăng-ten phát và 2 ăng-ten thu đã cho tốc độ tối đa tầm 75Mbps. Bên cạnh đó, nhóm làm việc IEEE 802.16 đang phát triển phiên bản 802.16j trong đó nghiên cứu triển khai các trạm relay (tiếp sức) bên cạnh các trạm phát sóng BS để sử dụng kênh truyền một cách hiệu quả, tăng tốc độ truyền dẫn và mở rộng vùng phủ sóng. Nhóm IEEE 802.16 cũng đang nghiên cứu phiên bản 802.16m với mục đích đẩy tốc độ dữ liệu của WiMAX lên hơn nữa trong khi vẫn tƣơng thích với WiMAX cố định và di động đã và đang đƣợc triển khai. Phiên bản này theo dự kiến sẽ đƣợc hoàn thiện vào cuối năm 2009, nhƣ là một bƣớc tiến để vƣợt trội hơn LTE. Phiên bản 802.16m sẽ vẫn dựa trên kỹ thuật ăng-ten MIMO trên nền công nghệ đa truy nhập OFDMA với số lƣợng ăngten phát và thu nhiều hơn WiMAX di động « Wave 2 ». 802.16m trang bị 4 ăng-ten phát và 4 ăng-ten thu sẽ có thể đẩy tốc độ truyền lên lớn hơn 350Mbps. Theo dự kiến, WiMAX Release 2 với sự hoàn thiện của 802.16m sẽ hoàn thành vào cuối năm 2009 và có thể bắt đầu triển khai dịch vụ từ 2010 (xem hình 3).

19

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

Hình 2.3 : Sơ đồ phát triển của công nghệ WiMax Nói tới WiMax , ngƣời ta có thể nghĩ tới rất nhiều giải pháp thay thế mà công nghệ này có thể mang lại. Đó chính là khả năng thay thế đƣờng xDSL giúp tiếp cận nhanh hơn các đối tƣợng ngƣời dùng băng rộng mà không cần phải đầu tƣ lớn. Đặc biệt WiMAX rất hữu ích để cung cấp dịch vụ băng thông rộng ở những vùng xa xôi mà giải pháp ADSL hoặc cáp quang là rất tốn kém. Bên cạnh các dịch vụ cố định, WiMAX còn cung ứng các dịch vụ di động giống nhƣ những dịch vụ của mạng 3G : thoại VoIP, internet di động, TV di động…. 2.3.2.So sánh công nghệ kỹ thuật dùng trong WiMAX và 3G LTE: 3GPP LTE RAN1 Tính năng

802.16e / Mobile

802.16e/ Mobile

WiMax R1

WiMax R2

Ghép kênh

TDD, FDD

TDD

TDD, FDD

Băng tần dự kiến

700MHz – 2,6 GHz

2,3GHz; 2,5GHz;

2,3GHz; 2,5GHz;

3,3- 3,8GHz

3,3- 3,8GHz

Tốc độ tối đa

300Mbps /

( Download/

100Mbps

70Mbps / 70Mbps 300Mbps/100Mbps

Upload) Di động

350km/h

120km/h

350km/h 20

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

Phạm vi phủ sóng

5/30/100km

1/5/30km

1/5/30km

Số ngƣời dùng

80

50

100

VoIP đồng thời Thời điểm hoàn

Cuối năm 2008, đầu 2005

tất chuẩn

năm 2009

2009

Bảng 2 : So sánh công nghệ kỹ thuật dùng trong WiMAX và 3G LTE Hiện tại WiMAX di động Rel 1 (802.16e) đã có đủ sức cạnh tranh về mặt công nghệ so với LTE. Tuy nhiên, nếu nhìn kỹ trên bảng so sánh thì ta thấy công nghệ LTE vẫn vƣợt hơn 802.16e về cả tính năng di động và tốc độ truyền dự liệu. Song, đổi với những nhà phát triển WiMAX thì họ không chấp nhận so sánh LTE với 802.16e mà phải là 802.16m (cột thứ 3 trên bảng 1). Nhìn vào đây ta thấy WiMAX di động Rel 2 hứa hẹn những tính năng vƣợt trội so với LTE. Ngày nay tất cả đều đóng ý với nhau rằng để đạt đƣợc tốc độ dữ liệu cao chỉ có thể nhờ vào công nghệ ăngten MIMO và kỹ thuật đa truy cập OFDMA. LTE ra đời muộn hơn WiMAX và nó cũng không thể nào không dùng MIMO và OFDMA. Do vậy, nếu xét trình bình diện kỹ thuật truyền thông không dây (wireless communication) thì LTE không có bất cứ một kỹ nghệ cơ bản nào vƣợt trội so với WiMAX di động. Nếu nhìn lại bảng so sánh ở trên sẽ thấy điểm khác nhau nổi bật là LTE sử dụng kỹ thuật đa truy nhập SC-FDMA cho đƣờng lên thay vì OFDMA nhƣ trong WiMAX. Song, theo nhiều chuyên gia thì sự khác biệt này lại là một điểm yếu của LTE. Thực tế SC-FDMA cho phép cải tiến PAR (Peak-to-Average power Ratio) tầm 2 dB ở máy phát. Tuy nhiên nó lại gây mất tầm 2-3 dB về hiệu suất (performance) truyền thông trên kênh truyền nhiễu phading ở đầu máy thu. Nhiều nghiên cứu gần đây cho thấy SC-FDMA thực tế cho một hiệu suất trên kênh lên thấp hơn so với OFDMA. Nhìn chung về mặt kỹ thuật, hai công nghệ WiMAX và LTE dƣờng nhƣ ngang tài ngang sức với nhau. Song, công nghệ mạnh nhất, vƣợt trội nhất đôi khi 21

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

không phải là công nghệ giành chiến thắng mà một công nghệ thành công là một công nghệ phù hợp nhất, hòa hợp nhất. Lợi thế dành cho LTE khi LTE đƣợc các nhà khai thác GSM ( GSM Asociation ) chấp nhận là công nghệ băng rộng di động tƣơng lai của hệ di động hiện đang thống trị thị trƣờng di động toàn cầu với khoảng 2,5 tỉ thuê bao ( theo Informa Telecoms & Media ) và trong 3 năm tiếp theo có thể chiếm thị phần tới 89% ( theo Gartner) – những con số “ trong mơ “ đối với WiMax.Hơn nữa, LTE cho phép tận dụng hạ tầng GSM có sẵn ( tuy vẫn đầu tƣ thêm thiết bị ) trong khi WiMax phải xây dựng từ đầu . Nhận thấy lợi thế của LTE, nhiều nhà khai thác mạng đã cân nhắc lại việc triển khai WiMax và chuyển sang LTE, đáng kể trong số đó có 2 tên tuổi lớn nhất tại Mỹ là AT&T và Verizon Wireless. Theo một khảo sát do RCR Wireless News và Yankee Group thực hiện gần đây, có đến 56% nhà khai thác di động chọn LTE, chỉ có 30% đi theo 802.16e. Khảo sát cho thấy các nhà khai thác di động ở Bắc Mỹ và Tây Auu nghiêng về LTE, trong khi các nƣớc mới phát triển ( đặc biệt ở khu vực châu Á – Thái Bình Dƣơng ) thì ủng hộ WiMax. Trong cuộc đua 4G, WiMax và LTE hiện là hai công nghệ sáng giá nhất.Liệu hai công nghệ này có thể cùng tồn tại độc lập hay sẽ sát nhập thành một chuẩn chung? Hiệu năng của WiMax và LTE tƣơng đƣơng nhau, do vậy việc quyết định hiện nay phụ thuộc vào yếu tố sẵn sàng và khả năng thâm nhập thị trƣờng.

2.3.3.Dịch vụ, ứng dụng và tương lai không xa cho công nghệ LTE: Các dịch vụ LTE : Tốc độ truyền đƣờng xuống (và đƣờng lên) rất cao với sự linh hoạt hơn, hiệu quả sử dụng phổ tần và giảm trễ gói, LTE hứa hẹn tăng cƣờng việc phân phối các dịch vụ băng rộng di động và thêm tính năng cho các dịch vụ giá trị gia tăng mới đang tồn tại.

22

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN Chỉ mục dịch

Môi trường hiện tại

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B Môi trường LTE

vụ Thoại

Audio thời gian thực

VoIP, hội thảo video chất lƣợng cao

Nhắn tin P2P

SMS, MMS, email với quyền Tin nhắn hình ảnh, IM, ƣu tiên thấp

email di động, tin nhắn video

Trình duyệt

Truy nhập đến các thông tin Duyệt web siêu nhanh, dịch vụ trực tuyến cho những tải nội dung lên các ngƣời sử dụng nào chi trả giá trang mạng xã hội. mạng chuẩn. Hiên tại giới hạn việc duyệt WAP trên các mạng GPRS và 3G.

Thông tin trả trƣớc

Nội dung cho ngƣời sử dụng Báo điện tử, luồng audio nào trả trên cƣớc mạng chuẩn. chất lƣợng cao. Phần lớn là thông tin dựa trên văn bản

Cá nhân hóa

Phần lớn là nhạc chuông

Âm thực (bản ghi gốc của các nghệ sĩ), các trang web di động cá nhân hóa

Trò chơi điện tử

Trò chơi điện tử trực tuyến và Trải nghiệm trò chơi có thể tải về.

điện tử nhƣ nhau ở cả mạng di động và cố định.

TV/Video theo yêu Nội dung video có thể tải về Các dịch vụ truyền hình cầu

và theo luồng.

quảng bá, truyền hình theo yêu cầu thực, luồng 23

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B video chất lƣợng cao.

Âm nhạc

Dịch vụ radio tƣơng tự và tải Lƣu trữ và tải xuống âm về toàn bộ bài.

nhạc chất lƣợng cao.

Tin nhắn nội dung Nhắn tin peer – to – peer nhờ Phân bố trên phạm vi và phƣơng tiện

sử dụng nội dung bên thứ ba rộng các đoạn video, cũng nhƣ là tƣơng tác với dịch vụ karaoke, quảng phƣơng tiện khác.

cáo di động dựa trên video.

M-thƣơng mại

Đặt các giao dịch (bao gồm cả Điện thoại di động nhƣ đánh bạc) và phƣơng tiện chi

là thiết bị chi trả, với chi

trả trên mạng di động

tiết về sự chi trả đƣợc tải trên các mạng tốc độ cao để cho phép hoàn thiện các giao dịch tốc độ cao.

Mạng số liệu di Truy nhập các mạng Internet

Truyền tập P2P, các ứng

động

nội bộ và cơ sở dữ liệu cũng

dụng kinh doanh, chia sẻ

nhƣ là sử dụng các ứng dụng

ứng dụng, truyền thông

nhƣ CRM.

M2M, mạng Internet nội bộ/mạng nội bộ mở rộng di động

Bảng 3. Dịch vụ và ứng dụng của LTE

Vào ngày 19/12/2007, hãng Nokia Siemens Networks đã công bố thử nghiệm thành công công nghệ LTE với tốc độ lên đến 173 Mb/s trong môi trƣờng đô thị với nhiều thuê bao cùng lúc. Trên băng tần 2,6 GHz với 20MHz băng thông, tốc độ này đã vƣợt xa tốc độ yêu cầu là 100 Mbps. Giám đốc kỹ thuật của hãng, ông Stephan Scholz phát biểu: “Khi thế giới tiến gần đến con số 5 tỉ thuê bao vào năm 2015, theo tiên đoán của chúng tôi, các nhà cung cấp dịch vụ di động sẽ phải sử dụng tất cả các băng tần với một cấu trúc mạng 24

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

đơn giản nhất và hiệu quả chi phí cao nhất để phục vụ lƣu lƣợng liên lạc cao hơn 100 lần. Cuộc thử nghiệm thực tế này là một chứng minh ban đầu quan trọng cho khái niệm về LTE”. Cuộc gọi thoại đầu tiên giữa 2 điện thoại LTE đã đƣợc trình diễn vào Hội nghị Thế giới di động (Mobile World Congress) đƣợc tổ chức vào tháng 2/2008 tại Barcelona, Tây Ban Nha. Vào tháng 3 vừa qua, mạng NTT DoCoMo đã thử nghiệm LTE đạt đến tốc độ 250Mbps.Tại các triển lãm viễn thông quốc tế gần đây, các nhà sản xuất Huawei, Motorola, Ericsson… cũng đã biểu diễn LTE với các ứng dụng nhƣ xem tivi chất lƣợng cao HDTV, chơi game online… Các cuộc thử nghiệm và trình diễn này chứng tỏ khả năng thƣơng mại hóa LTE đã đến rất gần.

CHƯƠNG 3 : KIẾN TRÚC GIAO THỨC CỦA 4G-LTE Tổng quan về kiến trúc giao thức LTE cho đƣờng xuống đƣợc minh họa trong hình 3.1. Kiến trúc giao thức LTE liên quan đến đƣờng lên tƣơng tự với kiến trúc đƣờng xuống ,và cũng có một số sự khác biệt về sự lựa chọn định dạng truyền tải (transport format selection) và truyền dẫn đa anten (multi-antenna transmission). Dữ liệu đƣợc truyền trên đƣờng xuống dƣới dạng các gói IP trên một trong những tải tin SAE (SAE bearers). Trƣớc khi truyền đi qua giao diện vô tuyến, những gói IP đến (incoming IP packets) sẽ đi qua nhiều phần tử.

25

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

Hình 3.1 – Kiến trúc giao thức LTE (đƣờng xuống)  Giao thức hội tụ số liệu gói (Packet Data Convergence ProtocolPDCP): thực hiện việc nén tiêu đề IP (IP header) để làm giảm số lƣợng bit cần thiết cho việc truyền dẫn thông qua giao diện vô tuyến. Cơ chế nén tiêu đề dựa trên ROHC, một thuật toán nén tiêu đề tiêu chuẩn đƣợc sử dụng trong WCDMA cũng nhƣ là trong các tiêu chuẩn thông tin di động khác. PDCP cũng đảm nhiệm việc mã hóa và bảo vệ tính toàn vẹn của dữ liệu đƣợc truyền đi. Tại phía thu, giao thức PDCP sẽ thực hiện công việc giải nén và giải mã thông tin. Chỉ có một phần tử PDCP trên một tải tin vô tuyến đƣợc cấu hình cho một thiết bị đầu cuối di động.  Điều khiển liên kết vô tuyến (Radio Link Control - RLC): đảm nhiệm việc phân đoạn / ghép nối, điều khiển việc truyền lại và phân phát lên các lớp cao hơn theo thứ tự. Không giống nhƣ WCDMA, giao thức RLC đƣợc định vị trong eNodeB v. chỉ có một loại node đơn trong kiến trúc mạng truy nhập vô tuyến LTE (LTE radio access network architecture).RLC cung cấp các dịch vụ cho PDCP dƣới dạng các tải tin vô tuyến.Chỉ có một phần tử RLC trên một tải tin vô tuyến đƣợc cấu hình cho một thiết bị đầu cuối di động.  Điều khiển truy cập môi trường (Medium Access Control - MAC): điều khiển việc truyền lại hybrid-ARQ và hoạch định đƣờng lên, đƣờng xuống. Chức năng hoạch định đƣợc định vị trong eNodeB, và nó chỉ có một phần tử MAC cho một tế bào, cho cả đƣờng lên và đƣờng xuống.Phần giao thức hybrid ARQ có 26

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

mặt trong cả đầu cuối phát và thu của giao thức MAC. Khối MAC cung cấp các dịch vụ cho RLC dƣới dạng các kênh logic.  Lớp vật lý (Physical layer – PHY): điều khiển việc mã hóa / giải mã,điều chế / giải điều chế, ánh xạ đa anten (multi antenna mapping), và các chức năng lớp vật l. tiêu biểu khác. Lớp vật lý cung cấp dịch vụ cho lớp MAC dƣới dạng các kênh chuyển tải (transport channels).Những phần sau sẽ cung cấp những mô tả chi tiết hơn về các giao thức RLC và MAC của LTE cũng nhƣ là tổng quan về lớp vật lý khi đƣợc nhận từ lớp MAC. 3.1. PDCP: Packet Data Convergence Protocol - Giao thức hội tụ số liệu gói Hình 3.2: Sơ đồ mô tả các thành phần của phần mềm PDCP:

Giao thức hội tụ số liệu gói (Packet Data Convergence Protocol-PDCP): thực hiện việc nén tiêu đề IP (IP header) để làm giảm số lƣợng bit cần thiết cho việc truyền dẫn thông qua giao diện vô tuyến. Cơ chế nén tiêu đề dựa trên ROHC, một thuật toán nén tiêu đề tiêu chuẩn đƣợc sử dụng trong WCDMA cũng nhƣ là trong các tiêu chuẩn thông tin di động khác. PDCP cũng đảm nhiệm việc mã hóa và bảo vệ tính toàn vẹn của dữ liệu đƣợc truyền đi. Tại phía thu, giao thức PDCP sẽ thực hiện công việc giải nén và giải mã thông tin. Chỉ có một phần tử PDCP trên một tải tin vô tuyến đƣợc cấu hình cho một thiết bị đầu cuối di động. 27

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

3.2. RLC: radio link control - điều khiển liên kết vô tuyến RLC LTE đảm nhiệm việc phân đoạn (nén tiêu đề) các gói IP từ PDCP thành những đơn vị nhỏ hơn. RLC LTE điều khiển việc truyền lại các PDUs bị nhận nhầm, cũng nhƣ là xóa bỏ những PDUs bị nhân đôi (duplicate removal) và ghép nối các PDUs nhận đƣợc. Cuối cùng, RLC sẽ đảm bảo việc phân phát theo trình tự các RLC SDUs lên các lớp bên trên. Cơ chế truyền lại RLC có trách nhiệm cung cấp dữ liệu phân phát không bị lỗi cho các lớp cao hơn. Một giao thức truyền lại hoạt động giữa các phần tử RLC tại đầu thu và đầu phát, bằng việc giám sát các số thứ tự đi đến (incoming sequence numbers), RLC thu có thể phát hiện ra những PDUs bị thiếu. Các báo cáo trạng thái sẽ đƣợc phản hồi trở về RLC phát, yêu cầu truyền lại các PDUs bị thiếu. Khi phản hồi một trạng thái báo cáo đƣợc cấu hình, một báo cáo đặc trƣng chỉ chứa thông tin về PDUs và đƣợc truyền đi. Dựa trên báo cáo trạng thái thu đƣợc, phần tử RLC tại đầu phát có thể đƣa ra những hành động thích hợp và truyền lại những PDUs bị thiếu nếu đƣợc yêu cầu. Khi RLC đƣợc cấu hình để yêu cầu truyền lại các PDUs bị thiếu, nó đang hoạt động trong chế độ báo nhận (Acknowledged Mode - AM). Thông thƣờng AM đƣợc sử dụng cho các dịch vụ dựa trên TCP nhƣ khi truyền tập tin mà yếu tố phân phát dữ liệu không bị lỗi đƣợc đặt lên hàng đầu.

Hình 3.3: Phân đoạn và hợp đoạn RLC RLC cũng có thể đƣợc cấu hình theo chế độ không báo nhận (Unacknowledged Mode - UM) và chế độ trong suốt (Transparent Mode - TM). Trong chế độ UM, RLC sẽ cung cấp việc phân phát đúng thứ tự lên các lớp cao hơn, nhƣng sẽ không truyền lại các PDUs bị thiếu. Thông thƣờng UM đƣợc sử dụng cho những dịch vụ nhƣ VoIP khi mà việc phân phát không lỗi không quan trọng bằng thời gian phân phát ngắn. TM, mặc dù đƣợc hỗ trợ, nhƣng chỉ sử dụng cho những mục đích riêng biệt nhƣ truy cập ngẫu nhiên. RLC có khả năng kiểm soát lỗi truyền dẫn do nhiễu, sự biến đổi kênh truyền không thể dự đoán (unpredictable channel variations),… nhƣng trong hầu hết trƣờng hợp những lỗi này đƣợc kiểm soát bởi giao thức hybrid-ARQ dựa trên MAC. Việc sử 28

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

dụng cơ chế truyền lại trong RLC có thể vì vậy mà trở nên không cần thiết. Tuy nhiên, không phải trƣờng hợp nào cũng vậy và việc sử dụng cả hai cơ chế truyền lại dựa trên MAC và RLC trên thực tế cũng có mặt tích cực khi mà có sự khác nhau trong việc truyền tín hiệu phản hồi. RLC cung cấp khả năng kiểm soát lỗi và kiểm soát năng lƣợng chức năng tại lớp liên kết giữa các trạm di động MS và bộ điều khiển trạm gốc BSC trong các mạng WCDMA. Tùy thuộc vào mạng cấu hình, sự trễ giữa MS và BSC thƣờng thay đổi từ 30100ms. Khi RLC hoạt động trong chế độ Thừa nhận (RLC-AM), RLC nhận gửi báo cáo tình trạng phát RLC để kiểm soát luồng dữ liệu. Các báo cáo này chứa số thứ tự của các gói tin nhận đƣợc và mất tích (ACKs và NACKs). Các bit thăm dò ý kiến nằm trong tiêu đề RLC-AM. Các máy phát có thể thiết lập các cuộc thăm dò định kỳ khi nó truyền tải PDU mới nhất trong bộ đệm truyền tải, hoặc khi bộ đếm thời gian cuộc thăm dò hết hạn và một báo cáo trạng thái không nhận đƣợc. Khi một báo cáo trạng thái đƣợc gửi bởi ngƣời nhận , báo cáo tiếp theo không nên đƣợc gửi trƣớc ít nhất một RTT (Round Trip Time-thời gian trễ vòng). Điều này là do mỗi báo cáo tình trạng có chứa NACKs tƣơng ứng với tất cả các gói tin bị thiếu, truyền lại giả mạo có thể đƣợc kích hoạt nếu có đủ thời giani cho phép cho truyền lại. RLC sử dụng một cơ chế trạng thái cấm để điều chỉnh việc truyền tải các báo cáo tình trạng, bộ đếm thời gian trạng thái cấm đƣợc thiết lập một giá trị dài hơn RTT trung bình. Điều này cho phép các RLC thực hiện truyền lại trƣớc khi một NACK mới đƣợc tạo ra. Phƣơng pháp này có hai nhƣợc điểm lớn. Một là việc trì hoãn thông báo NACK cho các gói dữ liệu bị mất đƣợc xác định sau khi báo cáo trạng thái cuối cùng đƣợc gửi, làm tăng thời gian phục hồi lỗi. Phải mất một thời gian nhất định giữa các phát hiện của một gói dữ liệu bị mất và truyền NACK tƣơng ứng, thời gian chờ đợi này hoàn toàn dƣ thừa và sẽ đƣợc thêm vào thời gian phục hồi lỗi. Nhƣợc điểm thứ hai là việc trì hoãn thông báo về các gói tin nhận đƣợc (ACK) có thể làm ngừng việc truyền PDU mới. Trong nỗ lực để giải quyết các vấn đề liên quan đến cơ chế báo cáo tình trạng RLC, Qualcom đã đệ trình đề nghị tiêu chuẩn hóa 3GPP RAN WG2. Về cơ bản, các ý tƣởng chính là để tách ACK và NACK, khi nhận thông báo một PDU mất tích, một tin nhắn NACK đƣợc gửi cho phía phát chứa chỉ số thứ tự cụ thể của PDU này. Làm nhƣ vậy, thời gian phục hồi lỗi đƣợc giảm xuống. RLC cũng chịu trách nhiệm việc phân đoạn và ghép nối. Dựa trên quyết định của scheduler (scheduler decision), một lƣợng dữ liệu nào đó đƣợc lựa chọn để truyền đi từ bộ đệm RLC SDU và các SDUs sẽ đƣợc phân đoạn/ghép nối để tạo thành RLC PDU. Đối với LTE, kích thƣớc RLC PDU thay đổi một cách động (varies 29

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

dynamically), Khi tốc độ dữ liệu cao, kích thƣớc PDU lớn dẫn đến phần mào đầu nhỏ hơn tƣơng ứng, khi tốc độ dữ liệu thấp, đòi hỏi kích thƣớc PDU nhỏ nếu không thì tải trọng sẽ trở nên quá lớn. Vì vậy, khi tốc độ dữ liệu nằm trong khoảng từ một vài kbit/s tới trên một trăm Mbit/s, kích thƣớc PDU động (dynamic PDU sizes) sẽ đƣợc điều chỉnh bởi LTE.

3.3. Điều khiển truy nhập môi trường MAC(Medium Access Control) -Lớp điều khiển truy nhập môi trƣờng MAC có nhiệm vụ: + Xử lí ghép kênh logic. +Các phát lại HARQ . +Lập biểu đƣờng lên và đƣờng xuống. 3.3.1 Các kênh logic và các kênh truyền tải a)Kênh logic MAC cung cấp dịch vụ cho RLC trong dạng các kênh logic.Kênh logic đƣợc định nghĩa bởi kiểu thông tin nó mang;có nhiệm vụ để truyền dẫn thông tin điều khiển và cấu hình cần thiết để vận hành hệ thống LTE.  Các kênh logic của LTE bao gồm: Kênh điều khiển quảng bá (Broadcast Control Channel - BCCH): đƣợc sử dụng cho việc truyền dẫn thông tin điều khiển hệ thống từ mạng tới tất cả các thiết bị đầu cuối di động trong một tế bào. Trƣớc khi truy nhập vào hệ thống, một thiết bị đầu cuối di động cần phải đọc những thông tin đƣợc truyền trên kênh BCCH để tìm ra cách thức hệ thống đƣợc cấu hình, ví dụ nhƣ băng thông của hệ thống. Kênh điều khiển tìm gọi (Paging Control Channel – PCCH): đƣợc sử dụng cho việc tìm gọi của các thiết bị đầu cuối di động mà mạng không biết đƣợc vị trí của nó về mức tế bào (cell level) và vì vậy tin nhắn tìm gọi cần đƣợc truyền trong nhiều tế bào. Kênh điều khiển dành riêng (Dedicated Control Channel – DCCH): đƣợc dùng cho việc truyền dẫn thông tin điều khiển tới hoặc từ thiết bị đầu cuối di động. Kênh này đƣợc sử dụng cho việc cấu hình riêng lẻ từng thiết bị đầu cuối di động ví dụ nhƣ những tin nhắn chuyển giao khác nhau.

30

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

Kênh điều khiển multicast (Multicast Control Channel - MCCH): đƣợc dùng cho việc truyền dẫn thông tin điều khiển đƣợc yêu cầu cho việc tiếp nhận của MTCH. Kênh lưu lượng dành riêng (Dedicated Traffic Channel - DTCH): đƣợc dùng cho việc truyền dữ liệu ngƣời dùng đến hoặc từ một thiết bị đầu cuối di động. Đây là 1 loại kênh logic đƣợc dùng để truyền dữ liệu ngƣời dùng đƣờng lên và đƣờng xuống phi-MBMS (non-MBMS). Kênh lưu lượng multicast (Multicast Traffic Channel – MTCH): đƣợc dùng cho truyền dẫn đƣờng xuống những dịch vụ MBMS. b)Tập các kênh truyền tải đƣợc định nghĩa trong LTE bao gồm: Kênh quảng bá (BCH:Broadcast Channel) có một định dạng truyền tải cố định, đƣợc cung cấp bởi các đặc tính kỹ thuật. Nó đƣợc dùng cho việc truyền dẫn những thông tin trên kênh logic BCCH. Kênh tìm gọi(PCH Paging channe): đƣợc dùng cho việc paging thông tin trên kênh logic PCCH. Kênh PCH hỗ trợ việc thu nhận không liên tục (discontinous reception – DRX) nhằm cho phép thiết bị đầu cuối di động tiết kiệm năng lƣợng pin bằng cách ngủ (sleeping) và chỉ thức (wake up) khi nhận PCH tại những thời điểm xác định trƣớc. Cơ chế paging đƣợc mô tả có phần chi tiết hơn trong chƣơng 5. Kênh chia sẻ đường xuống – Downlink Shared Channel (DL-SCH): là kênh truyền tải đƣợc dùng cho truyền dẫn dữ liệu đƣờng xuống trong LTE. Nó hỗ trợ những đặc tính của LTE nhƣ cơ chế thích ứng tốc độ động (dynamic rate adaption) và hoạch định phụ thuộc kênh truyền (channel-dependent scheduling) trong miền thời gian và tần số, hybrid ARQ, và ghép kênh không gian (spatial multiplexing). Nó cũng hỗ trợ DRX nhằm làm giảm năng lƣợng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối di động trong khi vẫn cung cấp trải nghiệm luôn mở (always-on experience), tƣơng tự nhƣ cơ chế CPC trong HSPA. DL-SCH TTI là 1 ms. Kênh multicast – Multicast Channel (MCH): đƣợc dùng để hỗ trợ MBMS và đƣợc đặc trƣng bởi định dạng truyền tải bán tĩnh và hoạch định bán tĩnh (semi-static transport format and semi-static scheduling). Trong trƣờng hợp truyền dẫn nhiều tế bào (multi-cell transmission) sử dụng MBSFN, cấu hình định dạng truyền tải và hoạch định đƣợc điều phối giữa những tế bào liên quan trong truyền dẫn MBSFN. Kênh chia sẻ đường lên – Uplink shared channel (UL-SCH): là đƣờng lên tƣơng ứng với DL-SCH.

31

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

Hình 3.4:Thí dụ về sắp xếp các kênh logic lên các kênh truyền tải 3.3.2 Hoạch định đường lên. Chức năng cơ bản của scheduler đƣờng lên thì tƣơng tự với đƣờng xuống, cụ thể là việc quyết định động (dynamically determine) cho mỗi khoảng thời gian 1 ms, lúc đó những thiết bị đầu cuối di động truyền dữ liệu trên kênh UL-SCH của nó thuộc tài nguyên đƣờng lên (uplink resources). Hoạch định đƣờng lên cũng đƣợc dùng cho HSPA, nhƣng vì có sự khác nhau giữa những sơ đồ đa truy nhập đƣợc sử dụng (the different multiple-access schemes), cho nên về khía cạnh này thì HSPA và LTE có một vài sự khác biệt đáng kể.

Hình 3.5 : Việc lựa chọn đinh dạng truyền dẫn trong đƣờng xuông (bên trái ) và đƣờng lên ( bên phải )

32

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

Trong HSPA, tài nguyên chia sẻ đƣờng lên chính là độ giao thoa cho phép tại trạm gốc. Scheduler đƣờng lên HSPA chỉ thiết lập một giới hạn phía trên cho số lƣợng giao thoa đƣờng lên mà thiết bị đầu cuối di động đƣợc phép tạo ra. Dựa trên sự giới hạn này, thiết bị đầu cuối di động sẽ tự động lựa chọn một định dạng truyền dẫn thích hợp. Chiến thuật này rõ ràng đã tạo ra sự nhạy cảm cho đƣờng lên không trực giao mà trong trƣờng hợp này là HSPA. Một thiết bị đầu cuối di động không sử dụng tất cả tài nguyên mà nó đƣợc cấp sẽ truyền tại mức năng lƣợng thấp hơn, bằng cách ấy có thể làm giảm đƣợc nhiễu nội tế bào (intra-cell interference). Do đó, tài nguyên chia sẻ không đƣợc sử dụng bởi một thiết bị đầu cuối di động có thể đƣợc khai thác bởi một thiết bị đầu cuối di động khác thông qua việc ghép kênh theo thống kê (statistical multiplexing). Vì cơ chế lựa chọn định dạng truyền tải đƣợc kết hợp trong thiết bị đầu cuối di động đối với đƣờng lên HSPA, cho nên cần phải có báo hiệu ngoài băng để khai báo cho eNodeB biết về sự lựa chọn đã đƣợc tạo ra. Đối với LTE, đƣờng lên thì trực giao và tài nguyên chia sẻ đƣợc điều khiển bởi scheduler eNodeB là những đơn vị tài nguyên thời gian – tần số. Một tài nguyên đã đƣợc chỉ định mà không đƣợc sử dụng triệt để bởi một thiết bị đầu cuối di động nào đó thì phần tài nguyên còn lại cũng không thể cung cấp cho một thiết bị đầu cuối di động khác sử dụng. Vì thế, do đƣờng lên trực giao, mà độ lợi giảm đi đáng kể trong việc để cho thiết bị đầu cuối di động lựa chọn định dạng truyền tải khi đƣợc so sánh với HSPA. Cho nên, ngoài việc cấp phát tài nguyên thời giantần số cho thiết bị đầu cuối di động, scheduler eNodeB còn chịu trách nhiệm việc điều khiển định dạng truyền dẫn (kích thƣớc tải trọng, sơ đồ điều chế) mà thiết bị đầu cuối di động sẽ sử dụng. Khi scheduler biết đƣợc định dạng truyền tải mà thiết bị đầu cuối di động sử dụng lúc nó phát đi thì không cần phải báo hiệu ngoài băng từ thiết bị đầu cuối di động tới eNodeB. Lợi nhuận có đƣợc từ phối cảnh vùng phủ sóng (coverage perspective) khi tính đến chi phí trên mỗi bit phát đi của thông tin điều khiển ngoài băng có thể cao hơn đáng kể so với chi phí truyền dữ liệu khi tín hiệu điều khiển cần đƣợc thu với một độ tin cậy cao hơn. Mặc dù sự thật là scheduler eNodeB sẽ quyết định định dạng truyền tải cho đầu cuối di động, nhƣng có một điều quan trọng cần lƣu ý là quyết định hoạch định đƣờng lên đƣợc đƣa ra cho mỗi đầu cuối di động chứ không phải cho mỗi tải tin vô tuyến (radio bearer). Nhƣ vậy, mặc dù scheduler eNodeB điều khiển tải trọng của một đầu cuối di động đƣợc hoạch định, thì đầu cuối vẫn chịu trách nhiệm lựa chọn từ những tải tin vô tuyến nào mà dữ liệu đƣợc mang theo. Cho nên, đầu cuối di động sẽ tự động điều khiển việc ghép kênh logic (logical-channel multiplexing). Điều này đƣợc minh họa trong phần bên phải của hình 3.4, nơi mà scheduler eNodeB điều khiển định dạng truyền tải còn đầu cuối di động điều khiển việc ghép kênh logic. Để so sánh, trong tình huống đƣờng 33

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

xuống tƣơng ứng, khi mà eNodeB điều khiển cả định dạng truyền dẫn và ghép kênh logic, đƣợc miêu tả bên trái hình vẽ. Ghép kênh tải tin vô tuyến (radio-bearer) trong đầu cuối di động đƣợc thực hiện theo những quy tắc, thông qua các thông số mà có thể đƣợc cấu hình bởi báo hiệu RRC từ eNodeB. Mỗi tải tin vô tuyến đƣợc chỉ định sự ƣu tiên và tốc độ bit ƣu tiên (prioritized bit rate). Sau đó đầu cuối di động sẽ thực hiện ghép kênh sóng mang vô tuyến, nhƣ vậy các sóng mang vô tuyến đƣợc xử lý theo thứ tự ƣu tiên tùy tốc độ bit ƣu tiên của chúng. Những tài nguyên còn lại, nếu có, sau khi hoàn thành tốc độ bit ƣu tiên sẽ đƣợc đƣa đến những sóng mang vô tuyến theo thứ tự ƣu tiên. Để trợ giúp cho scheduler đƣờng lên trong mỗi quyết định của nó, đầu cuối di động có thể phát đi thông tin hoạch định (scheduling information) tới eNode bằng cách sử dụng một tin nhắn MAC. Rõ ràng, thông tin này chỉ có thể đƣợc truyền đi nếu đầu cuối di động vừa đƣợc cấp một chấn nhận hoạch định hợp lệ (a valid scheduling grant). Đối với những trƣờng hợp khác, một chỉ thị khi mà đầu cuối di động cần tài nguyên đƣờng lên sẽ đƣợc cung cấp nhƣ một phần của kiến trúc báo hiệu điều khiển đƣờng lên L1/L2 (the uplink L1/L2 control-signaling structure), Hoạch định phụ thuộc kênh truyền thƣờng đƣợc sử dụng cho đƣờng xuống. Trên lý thuyết, kỹ thuật này cũng có thể đƣợc sử dụng cho đƣờng lên. Tuy nhiên, việc đánh giá chất lƣợng kênh truyền đƣờng lên thì không đơn giản nhƣ trƣờng hợp đối với đƣờng xuống. Tình trạng kênh truyền đƣờng xuống có thể đƣợc đo lƣờng bởi tất cả đầu cuối di động trong tế bào chỉ đơn giản bằng việc theo dõi tín hiệu tham khảo đƣợc truyền bởi eNodeB và tất cả các đầu cuối di động có thể chia sẻ cùng tín hiệu tham khảo cho mục đích đánh giá chất lƣợng kênh truyền. Tuy nhiên việc đánh giá chất lƣợng kênh truyền đƣờng lên lại yêu cầu một tín hiệu tham khảo thăm dò (a sounding reference signal) đƣợc truyền đi từ mỗi đầu cuối di động cho những eNodeB nào muốn đánh giá chất lƣợng kênh truyền. Một tín hiệu tham khảo thăm dò nhƣ vậy đƣợc hỗ trợ bởi LTE sẽ đƣợc mô tả thêm trong chƣơng 4, nhƣng điều này lại đi kèm với vấn đề tổng chi phí. Vì vậy, những phƣơng pháp đƣợc cung cấp cho phân tận đƣờng lên sẽ trở nên quan trọng nhƣ là một phần bổ sung hoặc thay thế cho kỹ thuật hoạch định phụ thuộc kênh truyền đƣờng lên. 3.3.3 Hoạch định đường xuống. 34

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

Một trong những nguyên lý cơ bản của truy nhập vô tuyến LTE là việc truyền dẫn chia sẻ kênh truyền trên DL-SCH và UL-SCH, nghĩa là tài nguyên thời gian và tần số đƣợc chia sẻ động giữa những ngƣời dùng trong cả đƣờng lên và đƣờng xuống. Scheduler là một phần của lớp MAC và nó điều khiển việc phân bổ tài nguyên đƣờng lên và đƣờng xuống. Hoạch định đƣờng lên và đƣờng xuống đƣợc tách rời trong LTE và những quyết định phân bố đƣờng lên, đƣờng xuống có thể đƣợc đƣa ra độc lập lẫn nhau (trong những giới hạn đƣợc thiết lập bởi sự phân chia UL/DL đối với hoạt động TDD). Hoạch định đƣờng lên sẽ đƣợc bàn đến trong mục 3.3.2, trong khi phần còn lại của mục này sẽ tập trung vào hoạch định đƣờng xuống. Nguyên tắc cơ bản cho scheduler đƣờng xuống đó là quyết định động (dynamically determine), trong mỗi khoảng thời gian 1 ms, những thiết bị đầu cuối nào đƣợc phép thu truyền dẫn DL-SCH và trên những tài nguyên gì. Nhiều thiết bị đầu cuối có thể đƣợc hoạch định song song, trong mỗi trƣờng hợp chỉ có 1 DLSCH trên mỗi thiết bị đầu cuối đƣợc hoạch định, và nó sẽ đƣợc ánh xạ động (dynamically mapped) tới một tập hợp tài nguyên tần số duy nhất. Đơn vị thời gian-tần số cơ bản trong scheduler còn đƣợc gọi là khối tài nguyên (resource block). Các khối tài nguyên đƣợc mô tả chi tiết hơn trong chƣơng 4 cùng với việc ánh xạ dữ liệu tới tài nguyên vật lý, nhƣng về nguyên tắc cơ bản thì một khối tài nguyên là 1 đơn vị rộng 180 kHz trong miền tần số. Trong mỗi khoảng thời gian hoạch định 1ms, scheduler sẽ phân bổ các khối tài nguyên cho một thiết bị đầu cuối để tiếp nhận việc truyền dẫn DL-SCH, một sự phân bổ đƣợc sử dụng bởi tiến trình lớp vật lý sẽ đƣợc mô tả trong phần sau. Scheduler cũng đảm trách việc lựa chọn kích thƣớc khối truyền tải (transport-block). Nhƣ là một hệ quả của việc scheduler điều khiển tốc độ dữ liệu, mà sự phân đoạn RLC và ghép kênh MAC cũng sẽ bị ảnh hƣởng bởi quyết định phân bố (scheduling decision). Đầu ra từ scheduler đƣờng xuống có thể đƣợc nhìn thấy trong hình 3.1. Mặc dù chiến lƣợc hoạch định (scheduling strategy) là một đặc trƣng bổ sung và không đƣợc chỉ định bởi 3GPP, mục tiêu chung của hầu hết những scheduler là lợi dụng sự thay đổi kênh truyền giữa những thiết bị đầu cuối di động và ƣu tiên hoạch định truyền dẫn cho thiết bị đầu cuối di động trên những tài nguyên có điều kiện kênh truyền thuận lợi. Về mặt này, hoạt động của scheduler LTE về cơ bản thì tƣơng tự với scheduler đƣờng xuống trong HSDPA. Tuy nhiên, vì sử dụng sơ đồ truyền dẫn đƣờng xuống OFDM, LTE có thể khai thác sự biến đổi kênh truyền trong cả miền thời gian và tần số, trong khi HSDPA chỉ có thể 35

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

khai thác sự biến đổi trong miền thời gian. Điều này đã đƣợc đề cập đến trong chƣơng 2 và đƣợc minh họa qua hình 2.1. Đối với những băng thông lớn hơn đƣợc hỗ trợ bởi LTE, khi mà lƣợng fading lựa chọn tần số (frequency-selective fading) sẽ thƣờng xuyên xảy ra, khả năng khai thác sự biến đổi kênh của miền tần số của scheduler sẽ trở nên càng quan trọng khi so với việc chỉ khai thác sự biến đổi trên miền thời gian. Đặc biệt tại những tốc độ thấp, khi mà sự biến đổi trong miền thời gian là tƣơng đối chậm so với yêu cầu về độ trễ đƣợc đặt ra bởi nhiều dịch vụ, lúc này khả năng khai thác cả sự biến đổi miền tần số sẽ trở nên có lợi. Thông tin về trạng thái kênh truyền đƣờng xuống, cần thiết cho việc hoạch định phụ thuộc kênh truyền, đƣợc phản hồi từ thiết bị đầu cuối di động tới eNodeB thông qua những báo cáo chất lƣợng kênh truyền (channel-quality reports). Báo cáo chất lƣợng kênh truyền, còn đƣợc biết nhƣ Bộ chỉ thị chất lƣợng kênh truyền (Channel-Quality Indicator), bao gồm những thông tin không chỉ về chất lƣợng kênh truyền hiện thời trong miền tần số, mà còn những thông tin cần thiết cho việc đƣa ra những quyết định xử lý anten thích hợp trong trƣờng hợp phân kênh không gian. Cơ sở cho những báo cáo CQI là việc đo lƣờng những tín hiệu tham chiếu đƣờng xuống (the downlink reference signals). Tuy nhiên, những nguồn phụ về hiện trạng kênh truyền, ví dụ nhƣ sự trao đổi kênh truyền trong hoạt động TDD, cũng đƣợc khai thác bằng cách cài đặt một scheduler riêng biệt nhƣ một sự bổ sung cho những báo cáo CQI. Ngoài chất lƣợng kênh truyền, một scheduler hiệu năng cao cũng phải cân nhắc đến tình trạng bộ đệm (buffer status) và mức độ ƣu tiên trong quyết định phân bố (decision scheduling). Cả những khác nhau về loại dịch vụ cũng nhƣ là loại thuê bao (subscription type) có thể gây ảnh hƣởng đến độ ƣu tiên khi hoạch định. Ví dụ, một ngƣời dùng voice-over-IP với một đăng ký thuê bao đắt tiền phải luôn đƣợc duy trì chất lƣợng dịch vụ cho dù tải trọng hệ thống đang ở mức cao, trong khi một ngƣời dùng đăng ký thuê bao chi phí thấp (a low-cost subscription) đang tải về một file có thể phải đƣợc thỏa mãn với những tài nguyên mà không đƣợc yêu cầu để hỗ trợ cho những ngƣời dùng khác. Sự điều phối nhiễu, sẽ thực hiện việc điều khiển nhiễu liên tế bào trên cơ sở chậm (slow basis) đƣợc đề cập đến trong chƣơng 2, cũng là một phần của scheduler. Khi chiến lƣợc hoạch định không đƣợc ủy nhiệm bởi những đặc tính kỹ thuật, sơ đồ điều phối nhiễu (nếu đƣợc sử dụng) là đặc thù của nhà khai thác và có thể nằm trong phạm vi từ những triển khai tái sử dụng bậc cao đơn giản (simple higher-order reuse deployments) tới những sơ đồ tiên tiến hơn. 36

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

3.3.4 Hybrid ARQ Hybird ARQ với kết hợp mềm trong LTE đáp ứng một mục đích tƣơng tự với cơ chế hybird-ARQ trong HSPA – đó là cung cấp sức chịu đựng để chống lại các lỗi truyền dẫn. Nó cũng là một công cụ để nâng cao năng suất. Khi mà những cơ chế truyền lại hybird-ARQ là nhanh, nhiều dịch vụ cho phép một hoặc nhiều sự truyền lại, bằng cách thiết lập một cơ chế điều khiển tốc độ ẩn (vòng lặp kín) (an implicit (closed loop) rate-control mechanism). Tƣơng tự với phƣơng pháp trong HSPA, giao thức hybrid-ARQ là một phần của lớp MAC, trong khi hoạt động kết hợp mềm đƣợc điều khiển bởi lớp vật lý. Rõ ràng, hybrid ARQ không đƣợc áp dụng cho tất cả các dạng lƣu lƣợng. Ví dụ, truyền dẫn broadcast, khi mà những thông tin giống nhau đƣợc dành cho nhiều ngƣời dùng, thông thƣờng không phụ thuộc vào hybrid ARQ. Vì vậy, hybrid ARQ chỉ đƣợc hỗ trợ cho DL-SCH và UL-SCH. Giao thức hybrid ARQ trong LTE giống với giao thức tƣơng ứng đƣợc sử dụng cho HSPA, đó là việc sử dụng nhiều tiến trình stop-and-wait song song. Trong lúc tiếp nhận những khối truyền tải, đầu thu sẽ tìm cách giải mã khối truyền tải và khai báo cho đầu phát về kết quả của hoạt động giải mã thông qua một bit đơn ACK/NAK để chỉ thị việc giải mã có thành công hay không hoặc truyền lại khối truyền tải nếu đƣợc yêu cầu. Những chi tiết khác về truyền dẫn ACK/NAK trong đƣờng xuống và đƣờng lên sẽ đƣợc tìm thấy trong chƣơng 4. Để tối thiểu hóa chi phí, một bit đơn ACK/NAK đƣợc sử dụng. Rõ ràng, đầu thu phải biết bit ACK/NAK thu đƣợc đƣợc liên kết với tiến trình hybid-ARQ nào. Hơn nữa, điều này đƣợc giải quyết bằng cách sử dụng cùng một phƣơng pháp nhƣ trong HSPA khi thời điểm của ACK/NAK đƣợc sử dụng để kết hợp ACK/NAK với một tiến trình hybrid-ARQ nào đó. Điều này đƣợc minh họa trong hình 3.6. Chú ý rằng, đối với trƣờng hợp hoạt động TDD, mối quan hệ về thời gian giữa việc tiếp nhận dữ liệu trong một tiến trình hybrid-ARQ nào đó và việc truyền dẫn ACK/NAK thì không bị ảnh hƣởng bởi sự phân bố đƣờng lên/đƣờng xuống. Tƣơng tự với HSPA, một giao thức không đồng bộ là cơ sở cho hoạt động hybrid-ARQ đƣờng xuống. Vì vậy, sự truyền lại đƣờng xuống có thể xảy ra tại mọi thời điểm sau khi việc truyền dẫn đƣợc khởi tạo và một con số tiến trình hybrid-ARQ tƣờng minh (an explicit hybrid-ARQ process number) đƣợc sử dụng để chỉ thị tiến trình nào đang đƣợc định địa chỉ (addressed). Sự truyền lại đƣờng lên, mặt khác, lại dựa trên một giao thức đồng bộ và sự truyền lại xảy ra tại một 37

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

thời gian xác định trƣớc sau khi khởi tạo quá trình truyền dẫn và số tiến trình (process number) có thể nhận đƣợc hoàn toàn. Hai trƣờng hợp đƣợc minh họa trong hình 3.5. Trong giao thức hybrid-ARQ không đồng bộ, sự truyền lại trên lý thuyết đƣợc hoạch định tƣơng tự với việc khởi tạo quá trình truyền dẫn. Mặt khác trong giao thức đồng bộ, thời điểm truyền lại đƣợc cố định một lần khi khởi đầu quá trình truyền dẫn đƣợc hoạch định, phải đƣợc tính đến cho hoạt động hoạch định. Tuy nhiên, chú ý rằng scheduler sẽ phân biệt từ phần tử hybrid-ARQ trong eNodeB đầu cuối di động nào sẽ thực hiện truyền lại hay không.

Hình 3.6 – Giao thức hybrid-ARQ đồng bộ và không đồng bộ.

Hình 3.7 – Nhiều tiến trình hybrid-ARQ song song. 38

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

Việc sử dụng nhiều tiến trình hybird-ARQ song song, đƣợc minh họa trong hình 3.6, cho mỗi ngƣời dùng có thể dẫn đến sự không liên tục về dữ liệu đƣợc phân phối từ cơ chế hybrid-ARQ. Ví dụ, khối truyền tải thứ 5 trong hình đƣợc giải mã thành công trƣớc khối truyền tải thứ 3, khi mà việc truyền lại đƣợc yêu cầu. Vì vậy, đòi hỏi phải có một vài dạng cơ chế sắp xếp lại (some form of reordering mechanism). Sau khi giải mã thành công, khối truyền tải đƣợc phân kênh thành các kênh logic thích hợp và thực hiện việc sắp xếp lại trên mỗi kênh logic bằng cách sử dụng các số thứ tự (sequence numbers). Ngƣợc lại, HSPA dùng một con số thứ tự MAC riêng biệt cho việc sắp xếp lại. Nguyên nhân của việc này là do sự phụ trợ cho WCDMA và những lý do về vấn đề tƣơng thích ngƣợc, kiến trúc RLC hoặc MAC vẫn đƣợc giữ nguyên khi giới thiệu HSPA. Mặt khác, đối với LTE, các lớp giao thức đƣợc thiết kế đồng thời, dẫn đến có ít giới hạn hơn trong

39

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

thiết kế. Tuy nhiên, nguyên lý đằng sau sự sắp xếp lại thì tƣơng tự đối với các hệ thống, chỉ có số thứ tự đƣợc sử dụng là khác nhau. Cơ chế hybrid-ARQ sẽ sửa những lỗi truyền dẫn do nhiễu hoặc do những biến đổi kênh truyền không dự đoán đƣợc (noise or unpredictable channel variations). Nhƣ đã đƣợc thảo luận ở trên, RLC cũng có khả năng yêu cầu truyền lại, mà khi mới nghe lần đầu thì có vẻ là không cần thiết. Tuy nhiên, mặc dù sự truyền lại RLC hiếm khi cần thiết khi mà cơ chế hybrid-ARQ dựa trên MAC có khả năng sửa hầu hết các lỗi truyền dẫn, nhƣng hybrid-ARQ đôi khi có thể thất bại trong việc phân phối các khối dữ liệu mà không bị lỗi tới RLC, gây ra một khoảng trống (gap) trong thứ tự của các khối dữ liệu không lỗi (error-free data blocks) đƣợc phân phối tối RLC. Điều này thƣờng xảy ra do tín hiệu phản hồi bị sai, ví dụ, một NAK đƣợc thể hiện sai thành một ACK bởi đầu phát, là nguyên nhân của việc mất mát dữ liệu. Xác suất xảy ra điều này có thể trong khoảng 1%, một xác suất lỗi rất cao đối với những dịch vụ dựa trên TCP yêu cầu việc phân phối các gói TCP gần nhƣ là không đƣợc lỗi. Một cách cụ thể hơn, nghĩa là đối với những tốc độ dữ liệu đƣợc duy trì trên 100 Mbit/s thì xác suất mất gói dữ liệu chấp nhận đƣợc phải thấp hơn 10-5. Về cơ bản, TCP xem tất cả các lỗi về gói dữ liệu là do sự tắt nghẽn. Các lỗi về gói dữ liệu vì vậy sẽ kích hoạt cơ chế tránh tắc nghẽn, với một sự tăng lên tƣơng ứng về tốc độ dữ liệu, và duy trì chất lƣợng tốt tại những tốc độ dữ liệu cao, RLC-AM sẽ đáp ứng một mục tiêu quan trọng cho việc đảm bảo phân phối dữ liệu không bị lỗi tới TCP. Vì vậy, từ những thảo luận ở trên, lý do có hai cơ chế truyền lại nhƣ ở trên có thể đƣợc hiểu rõ trong phần tín hiệu phản hồi. Tuy cơ chế hybrid-ARQ thực hiện việc truyền lại rất nhanh, nó cũng cần thiết phải gửi một bit báo cáo tình trạng ACK/NAK tới đầu phát càng nhanh càng tốt – một lần cho mỗi chu kỳ TTI. Mặc dù trên lý thuyết có thể đạt đƣợc một xác suất lỗi thấp theo mong muốn về phản hồi ACK/NAK, nhƣng những xác suất lỗi rất thấp lại đi kèm với chi phí tƣơng đối cao về mặt công suất truyền dẫn ACK/NAK. Việc giữ chi phí này một cách hợp lý thông thƣờng dẫn đến một tỷ lệ lỗi phản hồi (a feedback error rate) trong khoảng 1% và nhƣ vậy sẽ quyết định đến tỷ lệ lỗi dƣ hybrid-ARQ (the hybrid-ARQ residual error rate). Tuy những báo cáo trạng thái RLC đƣợc phát đi ít thƣờng xuyên đáng kể so với ACK/NAK hybrid-ARQ, nhƣng chi phí của việc đạt đƣợc độ tin cậy 10-5 hoặc thấp là khá nhỏ. Vì vậy, việc phối hợp hybrid ARQ với RLC mang lại một sự kết hợp tốt giữa thời gian khứ hồi (roundtrip time) nhỏ và chi phí phản hồi vừa phải khi mà hai 40

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

thành phần này bổ sung cho nhau. Vì RLC và hybrid ARQ đƣợc định vị trong cùng một node, cho nên khả năng tƣơng tác giữa chúng trở nên chặt chẽ hơn. Ví dụ, nếu cơ chế hybrid-ARQ phát hiện đƣợc một lỗi không thể phục hồi, việc truyền một báo cáo trạng thái RLC có thể ngay lập tức đƣợc kích hoạt thay vì phải đợi để phát đi một báo cáo trạng thái theo định kỳ. Điều này sẽ khiến cho RLC truyền lại các PDUs bị mất nhanh hơn. Cho nên, trong một mức độ nào đó, việc kết hợp hybrid ARQ và RLC có thể xem nhƣ là một cơ chế truyền lại với hai cơ chế phản hồi trạng thái. Trên lý thuyết, có cùng một sự tranh luận đƣợc tạo ra đối với trƣờng hợp tƣơng ứng trong HSPA. Tuy nhiên, việc RLC và hybrid ARQ đƣợc định vị tại những node khác nhau trong HSPA nhìn chung sẽ làm cho sự tƣơng tác giữa chúng trở nên không chặt chẽ.

3.4 PHY: physical layer - lớp vật lý Chức năng của lớp vật lý là chịu trách nhiệm cho việc mã hóa, xử lý hybrid-ARQ lớp vật lý (physical-layer hybrid-ARQ processing), điều chế, xử lý đa anten (multiantenna processing), và ánh xạ tín hiệu tới những tài nguyên thời gian-tần số vật lý thích hợp. Một cái nhìn đơn giản về việc xử lý DL-SCH đƣợc đƣa ra trong hình 3.7.Các khối lớp vật lý đƣợc điều khiển động (dynamically controlled) bởi lớp MAC đƣợc thể hiện bằng màu xám, còn những khối vật lý đƣợc cấu hình bán tĩnh đƣợc thể hiện bằng màu trắng.

41

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

Hình 3.8 – Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho DL-SCH Khi một đầu cuối di động đƣợc hoạch định trong một chu kỳ TTI trên kênh DLSCH, lớp vật lý sẽ nhận một khối truyền tải (hai khối truyền tải trong trƣờng hợp ghép kênh không gian) mang dữ liệu để truyền đi. Với mỗi khối truyền tải, một CRC sẽ đƣợc đính kèm và mỗi khối truyền tải đƣợc đính kèm CRC nhƣ vậy đƣợc mã hóa riêng biệt với nhau. Tốc độ mã hóa kênh, bao gồm tốc độ phù hợp cần thiết, hoàn toàn đƣợc quyết định bởi kích thƣớc khối truyền tải, sơ đồ điều chế (the modulation scheme), và lƣợng tài nguyên đƣợc cấp phát cho việc truyền dẫn. Tất cả những đại lƣợng này đƣợc lựa chọn bởi scheduler đƣờng xuống. Phiên bản dƣ thừa (redundancy version) đƣợc dùng đƣợc điều khiển bởi giao thức hybrid- ARQ và nó sẽ tác động đến quá trình xử lý thích ứng tốc độ (the rate matching processing) để tạo ra tập hợp các bit đƣợc mã hóa chính xác. Cuối cùng, trong trƣờng hợp ghép kênh không gian, việc ánh xạ anten cũng đƣợc điều khiển bởi scheduler đƣờng xuống.

42

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

Hình 3.9 – Mô hình xử lý lớp vật lý đơn giản cho UL-SCH Đầu cuối di động đƣợc hoạch định thu tín hiệu đƣợc phát đi và thực hiện tiến trình lớp vật lý ngƣợc lại. Lớp vật lý tại đầu cuối di động cũng thông báo cho giao thức hybrid-ARQ biết việc truyền dẫn có đƣợc giải mã thành công hay không. Thông tin này đƣợc sử dụng bởi một phần của chức năng MAC hybrid-ARQ trong đầu cuối di động để quyết định có yêu cầu truyền lại hay không. Việc xử lý lớp vật lý đối với kênh UL-SCH gần giống với việc xử lý DL-SCH. Tuy nhiên, chú ý rằng scheduler MAC trong eNodeB chịu trách nhiệm lựa chọn định dạng truyền tải cho đầu cuối di động và tài nguyên đƣợc sử dụng cho truyền dẫn đƣờng lên nhƣ đƣợc miêu tả trong mục 3.2.3. Việc xử lý lớp vật lý UL-SCH đƣợc thể hiện dƣới dạng đơn giản qua hình 3.8. Các kênh truyền tải đƣờng xuống còn lại cũng dựa trên cùng một quy trình xử lý lớp vật lý chung nhƣ DL-SCH, mặc dù có một số giới hạn trong tập hợp những tính năng đƣợc sử dụng. Đối với việc quảng bá thông tin hệ thống trên kênh BCH, một đầu cuối di động phải có khả năng thu đƣợc kênh thông tin này nhƣ là một trong những bƣớc đầu tiên trƣớc khi truy cập vào hệ thống. Do đó, định dạng truyền tải phải 43

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

đƣợc ƣu tiên gửi tới các thiết bị đầu cuối, và sẽ không có một sự điều khiển động tự động (dynamic control) nào tới các tham số truyền dẫn từ lớp MAC trong trƣờng hợp này. Đối với truyền dẫn các thông điệp nhắn gọi (paging messages) trên kênh PCH, sự thích ứng động của các tham số truyền dẫn có thể đƣợc sử dụng trong một vài phạm vi. Nói chung, việc xử lý trong trƣờng hợp này thì tƣơng tự với việc xử lý DL-SCH thông thƣờng. MAC có thể điều khiển việc điều chế, lƣợng tài nguyên, và ánh xạ anten. Tuy nhiên, trong trƣờng hợp đƣờng lên chƣa đƣợc thiết lập khi một đầu cuối di động đƣợc tìm gọi, thì hybrid ARQ không thể đƣợc sử dụng vì lúc này đầu cuối di động không thể phát đi một thông báo ACK/NAK. Kênh MCH đƣợc dùng cho truyền dẫn MBMS, điển hình là những hoạt động mạng đơn tần số bằng việc truyền từ nhiều tế bào trên cùng tài nguyên với định dạng giống nhau tại cùng 1 thời điểm. Vì vậy, việc hoạch định truyền dẫn MCH phải đƣợc điều phối giữa những tế bào liên quan và cơ chế lựa chọn tự động tham số truyền dẫn bởi MAC là không thể thực hiện đƣợc.

44

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN

Nhóm 25 - LỚP L10CQVT11-B

KẾT LUẬN Công nghệ LTE đã và đang đƣợc tiếp tục nghiên cứu và triển khai trên toàn thế giới với khả năng truyền dữ liệu tốc độ cao, kiến trúc mạng đơn giản, sử dụng băng tần hiệu quả và hoàn toàn tƣơng thích với các hệ thống trƣớc đó (GSM & WCDMA ) và dựa trên một mạng toàn IP. LTE có thể trở thành hệ thống thông tin di động toàn cầu trong tƣơng lai. LTE phát triển sau so với WiMax, nhƣng với các đặc tính tuyệt vời mà nó mang lại, hiện nay đã có rất nhiều các nhà mạng lớn trên thế giới đã lựa chọn để triển khai. Tại Việt Nam, các nhà mạng cũng đã tiến hành thử nghiệm công nghệ LTE và đạt những kết quả khả quan. Vì vậy việc tìm hiểu và nắm bắt công nghệ LTE là việc làm hết sức cần thiết trong ngành viễn thông hiện nay.

TÀI LIỆU THAM KHẢO: o o o o

   o

Giáo trình Thông tin di động – tác giả Nguyễn Phạm Anh Dũng Bài giảng truyền dẫn vô tuyến số - tác giả Nguyễn Viết Đảm Bài giảng Tiến trình phát triển hệ thống thông tin di động từ 1G lên 4G – tác giả Nguyễn Phạm Anh Dũng Các trang web : http://www.tapchibcvt.gov.vn/News/PrintView.aspx?ID=22272 http://www.vienthongdanang.com.vn/dichvu.php?id_dichvu=120&iddv=26 http://www.thongtincongnghe.com/article/2745 Cùng 1 số nguồn tài liệu các đồ án , chuyên đề viễn thông trên internet khác.

45

GVHD: NGUYỄN VIẾT ĐẢM