CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G – LTE 1.1 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 và TDD, bán song công FDD cho phép các UE có giá thành thấp. Không giống như FDD, bán song công FDD không yêu cầu phát và thu tại cùng thời điểm.
Điều này làm giảm giá thành cho bộ song công trong UE. Truy cập tuyến lên dựa vào đa truy cập phân chia theo tần số 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 (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 5 - 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. ❖ 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: 6 • 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: • 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 (1.1 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. 7 ➢ Các thông số lớp vật lý của LTE: Bảng 1.1 Các thông số lớp vật lý LTE UL DTFS-OFDM (SC-FDMA) Kỹ thuật truy cập DL OFDMA 1.4MHz, 3 MHz , 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz, 20 Băng thông MHz TTI tối thiểu 1ms Khoảng cách sóng mang con 15KHz Ngắn 4.7µs Chiều dài CP Dài 16.7 µs Điều chế QPSK, 16QAM, 64QAM 1 lớp cho UL/UE Ghép kênh không gian Lên đến 4 lớp cho DL/UE Sử dụng MU-MIMO cho UL và DL Bảng 1.2 Tốc độ đỉnh của LTE theo lớp Lớp 1 2 3 4 5 Tốc độ đỉnh DL 10 50 100 150 300 Mbps UL 5 25 50 50 75 Dung lượng cho các chức năng lớp vật lý Băng thông RF 20MHz DL QPSK, 16QAM, 64QAM Điều chế UL 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 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.3 So sánh các dịch vụ của 3G so với 4G LTE Dịch vụ Môi trường (3G) Môi trường 4G Âm thanh thời gian thực VoIP, video hội nghị chất Thoai (rich voice) 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 Truy cập đến các dịch vụ Duyệt siêu nhanh, tải các nội Lướt online trực tuyến, Trình duyệt dung lên các mạng xã hội.
web(browsing) 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.
Chủ yếu là âm thanh chuông, Âm thanh thực (thu âm gốc Riêng cũng bao gồm màn hình chờ từ người nghệ sĩ), các trang tư(personalization) và nhạc chờ. Tải về và chơi game trực Kinh nghiệm game trực Games 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 cầu dòng demand) video chất lượng cao. Tải đầy đủ các track và các Lưu trữ và tải nhạc chất Nhạc dịch vụ âm thanh. lượng cao Tin nhắn đồng cấp sử dụng ba Phân phối tỷ lệ rộng của các Nội dung tin nhắn thành phần cũng như tương video clip, dịch vụ karaoke, tác với các media khác. video cơ bản quảng cáo di động.
Thực hiện các giao dịch và Điện thoại cầm tay như thiết M-comerce thanh toán qua mạng di động. bị thanh toán, với các chi tiết (thương mại qua thanh toán qua mạng tốc độ điện thoại) cao để cho phép các giao dịch thực hiện nhanh chóng. Truy cập đến các mạng nội bộ Chuyển đổi file P2P, các ứng Mạng dữ liệu di và cơ sở dữ liệu cũng như dụng kinh doanh, ứng dụng động(mobile data cách sử dụng của các ứng chia sẻ, thông tin M2M, di netwoking) dụng như CRM. động intranet/extranet.
9 So sánh LTE với HSPA và WiMAX Bảng 1.4 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 tầng Bắt đầu năm 2007 Bắt đầu năm Bắt đầu năm 2010 và các thiết bị 2007 có giá trị Dải tần hoạt 700MHz, 850 2.6GHz, 700MHz, 850 MHz, 1.6GHz Các thông số Tốc độ dữ liệu lên Tốc độ dữ liệu Tốc độ dữ liệu lên hướng đến 5.6 Mbps đối với lên 75Mbps/25 100Mbps/50 Mbps đối kênh 5MHz, bán Mbps đối với với kênh 10MHz với 2x2 kính cell là 680m kênh 10MHz với MIMO, bán kính cell lên 2x2 MIMO, bán đến 5Km, lớn hơn 400 kính cell lên đến người dùng 2-7Km, 100-200 người dùng Khả năng Tương thích lùi Không tương Kế thừa chuẩn 3GPP, tương thích với Release 99 thích lùi với nhưng khác kỹ thuật nên lùi 3GPP hoặc đòi hỏi thiết bị mới ở 3GPP2 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.
