Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE Nội dung chương này sẽ trình bày tổng quan về công nghệ LTE, các công nghệ sử dụng và các yêu cầu kỹ thuật sử dụng trong công nghệ LTE, các dịch vụ mà LTE mang lại. Chương này cũng trình bày mô hình kiến trúc của LTE, các băng tần khả dụng và xu hướng phát triển của LTE trong tương lai, so sánh công LTE so với công nghệ WiMAX. Giới thiệu LTE (viết tắt của cụm từ Long Term Evolution) còn được gọi là E-UTRA (viết tắt của cụm từ Evolved Universal Terrestrial Radio Access), công nghệ này được coi như công nghệ di động thế hệ thứ 4 (4G, nhưng thực chất LTE mới chỉ được coi như 3,9 G).
4G LTE là một chuẩn cho truyền thông không dây tốc độ dữ liệu cao dành cho điện thoại di động và các thiết bị đầu cuối dữ liệu.1 - Logo LTE Công nghệ LTE dựa trên các công nghệ mạng GSM/EDGE và UMTS/HSPA, LTE nhờ sử dụng các kỹ thuật điều chế mới và một loạt các giải pháp công nghệ khác như lập lịch phụ thuộc kênh và thích nghi tốc độ dữ liệu, kỹ thuật đa anten để tăng dung lượng và tốc độ dữ liệu. Các tiêu chuẩn của LTE được tổ chức 3GPP (Dự án đối tác thế hệ thứ 3) ban hành và được quy định trong một loạt các chỉ tiêu kỹ thuật của Phiên bản 8 (Release 8), với những cải tiến nhỏ được mô tả trong Phiên bản 9.2 - Các tùy chọn nâng cấp lên LTE 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Các công nghệ cơ bản trong LTE 1. Các thông số kỹ thuật Bảng 1.1 - Các thông số kỹ thuật của LTE Dải tần số Các băng FDD UMTS và TDD UMTS Băng thông kênh, 1 khối 1,4 MHz 3 MHz 5 MHz 10 MHz 15 MHz 20 MHz tài nguyên = 180 kHz DL: OFDMA Mô hình điều chế UL: SC-FDMA DL: OFDMA Đa truy nhập UL: SC-FDMA DL: Có nhiều lựa chọn cấu hình MIMO để phân cực phát, điều chế không gian và phân cực trễ vòng (tối đa 4 anten ở Công nghệ MIMO trạm gốc và đầu cuối).
UL: Đa người dùng kết hợp MIMO DL: 150 Mb/s (UE nhóm 4, 2x2 MIMO, 20 MHz), 300 Tốc độ dữ liệu lớn nhất Mb/s (UE nhóm 5, 4x4 MIMO, 20 MHz) UL: 75 Mb/s (20 MHz) 1. Băng tần triển khai LTE Công nghệ LTE phù hợp triển khai trên độ rộng băng tần trong phạm vi từ 1,25 MHz đến 20 MHz, hơn thế nữa, nó có thể hoạt động trong tất cả các băng tần 3GPP theo cặp phổ tần hoặc không theo cặp phổ tần. Như vậy, mạng LTE có thể triển khai trên bất cứ băng tần nào được sử dụng bởi các hệ thống 3GPP. Băng tần hoạt động dành cho công nghệ LTE được khuyến nghị trong 3GPP TS 36.0 Release 10 được chỉ ra như trong bảng dưới đây.
14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. 2 - Băng tần hoạt động của LTE Băng tần hoạt động trên Băng tần hoạt động trên STT đường lên (MHz) đường xuống (MHz) Chế độ truyền ( FUL_low - FUL_high) (FDL_low - FDL_high) 1 1920 – 1980 2110 – 2170 FDD 2 1850 – 1910 1930 – 1990 FDD 3 1710 – 1785 1805 – 1880 FDD 4 1710 – 1755 2110 – 2155 FDD 5 824 – 849 869 – 894 FDD 61 830 – 840 875 – 885 FDD 7 2500 – 2570 2620 – 2690 FDD 8 880 – 915 925 – 960 FDD 9 1749,9 – 1784,9 1844,9 – 1879,9 FDD 10 1710 – 1770 2110 – 2170 FDD 11 1427,9 – 1447,9 1475,9 – 1495,9 FDD 12 699 – 716 729 – 746 FDD 13 777 – 787 746 – 756 FDD 14 788 – 798 758 – 768 FDD 15 Dự trù Dự trù FDD 16 Dự trù Dự trù FDD 17 704 – 716 734 – 746 FDD 18 815 – 830 860 – 875 FDD 19 830 – 845 875 – 890 FDD 20 832 – 862 791 – 821 FDD 21 1447,9 – 1462,9 1495,9 – 1510,9 FDD. 23 2000 – 2020 2180 – 2200 FDD 24 1626,5 – 1660,5 1525 – 1559 FDD 25 1850 – 1915 1930 – 1995 FDD. 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Băng tần hoạt động trên Băng tần hoạt động trên STT đường lên (MHz) đường xuống (MHz) Chế độ truyền ( FUL_low - FUL_high) (FDL_low - FDL_high) 33 1900 – 1920 1900 – 1920 TDD 34 2010 – 2025 2010 – 2025 TDD 35 1850 – 1910 1850 – 1910 TDD 36 1930 – 1990 1930 – 1990 TDD 37 1910 – 1930 1910 – 1930 TDD 38 2570 – 2620 2570 – 2620 TDD 39 1880 – 1920 1880 – 1920 TDD 40 2300 – 2400 2300 – 2400 TDD 41 2496 - 2690 2496 – 2690 TDD 42 3400 - 3600 3400 – 3600 TDD 43 3600 – 3800 3600 – 3800 TDD Chú ý 1: Băng 6 không sử dụng 1.
Các kỹ thuật cho truy nhập vô tuyến trong LTE Đường xuống và đường lên trong LTE dựa trên việc sử dụng nhiều các công nghệ đa truy nhập, cụ thể: - Đa truy nhập phân chia tần số trực giao cho đường xuống (OFDMA). - Đa truy nhập phân chia tần số - đơn sóng mang (SC-FDMA) cho đường lên. Công nghệ đa truy nhập cho đường xuống OFDM và OFDMA 1. Công nghệ OFDM OFDM là kĩ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao.
OFDM phân toàn bộ băng tần thành nhiều kênh băng hẹp, mỗi kênh có một sóng mang. Các sóng mang này trực giao với các sóng mang khác có nghĩa là có một số nguyên lần lặp trên một chu kỳ kí tự. Vì vậy, phổ của mỗi sóng mang bằng “không” tại tần số trung tâm của tần số sóng mang khác trong hệ thống. Kết quả là không có nhiễu giữa các sóng mang phụ (về mặt lý thuyết).
16 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.3 - Ghép kênh OFDM a, Nguyên lý OFDM Nguyên lý cơ bản của OFDM là chia nhỏ một luồng dữ liệu tốc độ cao trước khi phát thành nhiều luồng dữ liệu tốc độ thấp hơn và phát mỗi luồng dữ liệu đó trên một sóng mang con khác nhau. Các sóng mang này trực giao với nhau, điều này được thực hiện bằng cách chọn độ giãn tần số một cách hợp lý. Bởi vì khoảng thời gian ký tự tăng lên do các sóng mang con song song có tốc độ thấp hơn, vì vậy lượng nhiễu gây ra do độ trải trễ đa đường được giảm xuống.4 - Các ký tự trong OFDM Công nghệ OFDM khắc phục được vấn đề nhiễu ISI bằng cách sử dụng khoảng bảo vệ tại đoạn bắt đầu của kí tự. Khoảng thời gian bảo vệ chính là phần kí tự bị ảnh hưởng bởi ISI còn khoảng dữ liệu tiếp theo khoảng bảo vệ chính là khoảng tải tin.5 - So sánh FDM và OFDM Hình trên minh họa sự khác nhau giữa kỹ thuật điều chế đa sóng mang và kỹ thuật đa sóng mang trực giao.
Bằng cách sử dụng kỹ thuật đa sóng mang trực giao, ta có thể tiết kiệm được khoảng 50% băng thông. Tuy nhiên, trong kỹ thuật đa sóng 17 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com mang trực giao, chúng ta cần triệt để giảm xuyên nhiễu giữa các sóng mang, nghĩa là các sóng này cần phải trực giao với nhau. b) Các ưu điểm cơ bản của kỹ thuật OFDM - Công nghệ này thích hợp cho hệ thống tốc độ cao. - Thích hợp với các ứng dụng không dây.
- Rất hiệu quả trong các môi trường truyền dẫn đa đường. - Sử dụng dải tần rất hiệu quả do cho phép chồng phổ giữa các sóng mang con. - Hạn chế được ảnh hưởng của fading và hiệu ứng đa đường bằng cách chia kênh fading chọn lọc tần số thành các kênh con fading phẳng tương ứng với các tần số sóng mang OFDM khác nhau. - Phương pháp này có ưu điểm quan trọng là loại bỏ được hầu hết giao thoa giữa các sóng mang và giao thoa giữa các tín hiệu.
- Giải quyết vấn đề fading bằng quá trình thực hiện điều chế và giải điều chế trong OFDM nhờ sử dụng phép biến đổi FFT. - OFDM đang chứng tỏ những ưu điểm của mình trong các hệ thống viễn thông trên thực tế đặc biệt là trong các hệ thông vô tuyến đòi hỏi tốc độ cao như thông tin di động và cả trong truyền hình số. Công nghệ OFDMA Công nghệ OFDMA cho phép một vài sóng mang con được gán tới những người dùng khác nhau. Ví dụ các sóng mang con 1, 3 và 7 có thể được gán cho người dùng 1, và các sóng mang con 2, 5 và 9 cho người dùng 2.
Những nhóm sóng mang con này được xem như các kênh con.6 - Các kênh con trong OFDMA Để giảm bớt fading lựa chọn tần số, các sóng mang của một trong các kênh con được trải rộng theo phổ kênh. Khoảng sóng mang có thể dùng được phân thành một số nhóm liên tiếp. Mỗi nhóm chứa một số các sóng mang liên tiếp NE, sau đó loại trừ các kênh con pilot được gán ban đầu. Một kênh con có một thành phần từ mỗi nhóm được định vị qua một quá trình giả ngẫu nhiên dựa vào sự hoán vị, với NG là số thành phần kênh con.Với N=2048, đường xuống NG = 48 và NE = 32, đường lên NG = 53 và NE = 32.
18 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Công nghệ đa truy nhập cho đường lên SC-FDMA Đối với việc truyền dữ liệu ở hướng lên, 3GPP đã chọn một phương thức điều chế khác. Việc truyền OFDMA phải chịu một PAPR (tỷ lệ công suất đỉnh so với trung bình) cao, điều này có thể dẫn đến những hệ quả tiêu cực đối với việc thiết kế một bộ phát sóng nhúng trong UE đó là khi truyền dữ liệu từ UE đến mạng, cần có một bộ khuếch đại công suất để nâng tín hiệu đến lên một mức đủ cao để mạng bắt được. Bộ khuếch đại công suất là một trong những thành phần tiêu thụ năng lượng lớn nhất trong một thiết bị.
Bởi vì cả mức tiêu thụ năng lượng lẫn tốc độ truyền đều quan trọng đối với các nhà thiết kế UE, cho nên bộ khuếch đại công suất nên tiêu thụ càng ít năng lượng càng tốt. Như vậy, UE nào sử dụng phương thức điều chế có tỉ lệ PAPR càng thấp thì thời gian hoạt động của nó ở một tốc độ truyền nhất định càng dài. Một phương thức điều chế tương tự với OFDMA cơ bản, nhưng có một PAPR tốt hơn, đó là SC-FDMA. Do PAPR của nó tốt hơn, nó được 3GPP chọn để truyền dữ liệu ở hướng lên.
SC-FDMA cũng truyền dữ liệu qua giao tiếp vô tuyến trong nhiều kênh con, nhưng bổ sung thêm một bước xử lý. Khối xử lý bổ sung trong SC-FDMA trải thông tin của mỗi bit ra trên tất cả các kênh con.