HỌC VIỆ VIỆN CÔNG NGHỆ NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN VIỄN THÔNG
---------------------------------------------------------------------------
LÊ THANH BÌNH
HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 4 LTE-ADVANCED Chuyên ngành: K ỹ thuật Điện tử Mã số: 60.52.70 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
H NỘI - 2012
1
LỜ I MỞ ĐẦ Ở ĐẦU LTE-Advanced (Long Term Evolution-Advanced) là sự tiến hóa trong tƣơng lai củ a công nghệ LTE, là bƣớ c chuẩn bị lên 4G. Chính vì v ậy, để hòa nhậ p vớ i xu thế
chung, đề tài “Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 – LTE-Advanced” đƣợ c lựa chọn để có cơ hội nghiên cứu, tìm hiểu kĩ hơn về công nghệ mớ i này. Vớ i khuôn khổ hạn hẹ p về thời gian và trình độ , mục tiêu của đồ án là nêu ra những hoạt động cơ bản của hệ thống LTE-Advanced, tìm hiểu những công nghệ mớ i,i, những cải tiến về chất lƣợ ng ng dịch vụ để đảm b ảo đáp ứng đƣợ c yêu cầu ngày càng cao của ngƣời dùng đối vớ i mạng di động. Ngoài ra luận văn
còn đƣa ra những nghiên cứu về khả năng áp dụng triển khai mạng 4G đối với cơ sở mạng hiện tại của Việt Nam, dựa trên những khảo sát những thử nghiệm và triển khai trên thế giớ i.i. Luận văn sẽ tậ p trung vào nghiên cứu kiến trúc mạng LTE-Advanced, các công nghệ đƣợ c sử dụng trong LTE-Advanced nhằm đạt đến, thậm chí vƣợ t qua những yêu cầu của IMT-Advanced Về nội dung, luận văn đƣợ c chia làm 4 chƣơng:
1
LỜ I MỞ ĐẦ Ở ĐẦU LTE-Advanced (Long Term Evolution-Advanced) là sự tiến hóa trong tƣơng lai củ a công nghệ LTE, là bƣớ c chuẩn bị lên 4G. Chính vì v ậy, để hòa nhậ p vớ i xu thế
chung, đề tài “Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 – LTE-Advanced” đƣợ c lựa chọn để có cơ hội nghiên cứu, tìm hiểu kĩ hơn về công nghệ mớ i này. Vớ i khuôn khổ hạn hẹ p về thời gian và trình độ , mục tiêu của đồ án là nêu ra những hoạt động cơ bản của hệ thống LTE-Advanced, tìm hiểu những công nghệ mớ i,i, những cải tiến về chất lƣợ ng ng dịch vụ để đảm b ảo đáp ứng đƣợ c yêu cầu ngày càng cao của ngƣời dùng đối vớ i mạng di động. Ngoài ra luận văn
còn đƣa ra những nghiên cứu về khả năng áp dụng triển khai mạng 4G đối với cơ sở mạng hiện tại của Việt Nam, dựa trên những khảo sát những thử nghiệm và triển khai trên thế giớ i.i. Luận văn sẽ tậ p trung vào nghiên cứu kiến trúc mạng LTE-Advanced, các công nghệ đƣợ c sử dụng trong LTE-Advanced nhằm đạt đến, thậm chí vƣợ t qua những yêu cầu của IMT-Advanced Về nội dung, luận văn đƣợ c chia làm 4 chƣơng:
2
Chƣơng 1: Giớ i thiệu chung hệ thống thông tin di động LTE. Chƣơng 2: Trình bày về hoạt động của hệ thống thông tin di động LTE-Advanced, bao gồm cấu trúc, các đặc điểm nổi bật và sự khác biệt so vớ i hệ thống LTE, qua đó chỉ ra các vấn đề tồn tại đối với LTE để đáp ứng đƣợ c yêu cầu của IMT-Advanced và cho thấy LTE-Advanced là sự phát triển đƣợ c chờ đợ ờ đợ i của LTE.
Chƣơng 3: Đây là nội dung trình bày chính c ủa luận văn. Chƣơng 3 sẽ trình bày về 5 thành phần công nghệ chính đƣợ c sử dụng trong LTE-Advanced nhằm đạt tớ i và thậm chí vƣợ t xa những yêu cầu của IMTAdvanced.
Chƣơng 4: Khảo sát tìm hiểu tình hình thử nghiệm LTE-Advanced trên thế giớ i và tìm hi ểu khả năng triển khai ở Việt Nam. Các cuộc thử nghiệm c ủa các nhà mạng lớ n, n, các hãng s ản xuất thiết bị viễn thông đã chứng tỏ
năng lực của công nghệ LTE-Advanced và khả năng thƣơng mại hóa LTE-Advanced đã đến gần.
3
CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG LTE 1.1. Lịch sử phát triển của các hệ thống thông tin
di động Các công nghệ thông tin di động đƣợ c chia thành ba thế hệ: thứ nhất, thứ hai, thứ ba và thứ tƣ đƣợ c viết tắt là 1G, 2G, 3G và 4G. LTE là một trong các con đƣờ ng tiến tớ i 4G. LTE sẽ tồn tại trong giai đoạn đầ u của 4G, tiếp theo đó sẽ là IMT-Advanced. 3GPP đã bắt đầu hƣớ ng đến IMTAdvance dƣớ i cái tên LTE-Advanced.
1.2. Giớ i thiệu về công nghệ LTE LTE đƣợc xem nhƣ là thế thệ thứ tƣ, thế hệ tƣơng lai của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển. Năm 2008, phiên bản phát hành cuối cùng 3GPP 8, mang l ại nhiều
hơn sự cải tiến đối vớ i HSDPA và HSUPA, đƣợc xem nhƣ là phát hành đầu tiên của LTE.
4
3GPP phiên bản 9 tậ p trung vào những mở r ộng đối vớ i LTE. Mục tiêu của LTE là cung cấ p 1 dịch vụ dữ liệu tốc độ cao, độ tr ễ thấ p, các gói dữ liệu đƣợ c tối ƣu, công nghệ vô tuyến hỗ tr ợ băng thông một cách linh hoạt khi triển khai. Đồng thờ i kiến trúc mạng mớ i đƣợ c thiết k ế vớ i mục tiêu hỗ tr ợ lƣu lƣợ ng chuyển mạch gói cùng vớ i tính
di động linh hoạt, chất lƣợ ng c ủa d ịch vụ, thờ i gian tr ễ tối thiểu. Các đặc điểm của LTE phát hành 9: - Tăng tốc độ truyề n d ữ liệu: - Đảm bảo hiệu suấ t khi di chuy ể n - Giảm độ tr ễ trên mặt phẳng ngườ i sử d ụng và mặt phẳng điề u khiể n
- Không còn chuyể n mạch kênh - Độ phủ sóng t ừ 5-100km
1.3. Kiến trúc mạng LTE LTE đƣợ c thiết k ế để hỗ tr ợ cho các dịch vụ chuyển mạch gói, hƣớ ng đến cung cấ p các k ết n ối IP giữa các UE (User Equipment) và PDN (Packet Data Network).
Phƣơng pháp chuyển mạch gói cho phép hỗ tr ợ tất cả các dịch vụ bao gồm cả thoại thông qua các k ết nối gói. K ết
5
quả là trong một kiến trúc phẳng hơn, r ất đơn giản chỉ vớ i 2 loại nút cụ thể là nút B phát tri ển (eNode B) và thực thể quản lý di động/cổng (MME/GW - (Mobility Management Entity/Gateway). Điều này hoàn toán trái ngƣợ c v ớ i nhiều nút mạng trong kiến trúc mạng phân cấ p hiện hành của hệ thống 3G
Hình 1.1: Kiến trúc hệ thống cho mạng chỉ có E-
UTRAN
6
Hình 1.1 miêu tả kiến trúc và các thành ph ần mạng trong cấu hình kiến trúc tổng quát mạng 4G LTE/SAE cơ sở vớ i chỉ mạng truy nhập EUTRAN. Hình này cũng cho thấy sự phân chia kiến trúc thành bốn vùng chính: thi ết bị
ngƣờ i dùng (UE) ; UTRAN phát triển (E-UTRAN); mạng lõi gói phát triển (EPC); và các vùng dịch vụ. 1.3.1. Ki ến tr úc m ạng lõi L TE
Mạng lõi chịu trách nhiệm điều khiển tổng thể UE và thiết lậ p các kênh mang. Các nút logic chính c ủa mạng lõi là: - Thực thể quản lý di động (MME) - Cổng phục vụ (S-GW) - Cổng mạng số liệu gói (P-SW) + Thự c thể quản
lý tính di động (MME): Thực thể
quản lý tính di động (MME) là thành phần điều khiển chính trong EPC. Các chức năng chính của MME: - An ninh và nhận thực - Quản lý di động - Quản lý hồ sơ thuê bao và kết nối dịch vụ
7 + C ổ ng phục vụ (S-GW):
EPC k ết cuối tại nút này,
và nó đƣợ c k ết nối đến E-UTRAN thông qua giao diện S1-U. Mỗi UE đƣợ c liên k ết tớ i một S-GW duy nhất. S-
GW chính là điểm neo cho cả chuyển giao giữa các liên nút B phát triển nội vùng và tính di độ ng giữa các mạng 3GPP, và nó th ực hiện chức năng định tuyến và chuyển tiế p các gói tin. + C ổ ng mạng số liệu gói (P-SW): Nút
này cho
phép UE truy nhập đến mạng dữ liệu gói (PDN) bằng cách
gán địa chỉ IP từ mạng PDN vào UE, cung cấ p khả năng k ết nối bảo mật giữa các UE đƣợ c k ết nối từ một mạng truy nhậ p không tin cậy, không phải của 3GPP tớ i EPC bằng cách sử dụng các đƣờ ng hầm IPSec. + Chức (PCRF):
năng chính sách và tính cướ c tài nguyên
là một phần tử mạng chịu trách nhiệm cho việc
điều khiển chính sách và tính cƣớ c (PCC: Plolicy and Charging Control). + Server thuê bao nhà (HSS):
Là một bộ lƣu giữ số
liệu thuê bao cho tất cả số liệu cố định của ngƣờ i sử dụng.
HSS lƣu bản sao chính của hồ sơ thuê bao chứa thông tin
8
về các dịch vụ áp dụng cho ngƣờ i sử dụng bao gồm cả thông tin về các k ết nối PDN đƣợc phép và có đƣợ c phép chuyển đến một mạng khác nào đó hay không. 1.3.2. M ạng truy nh ập E-UTRAN
Mạng truy nhậ p của 4G LTE, E-UTRAN, chỉ có các eNodeB. Vì thế kiến trúc E-UTRAN đƣợ c gọi là phẳng. Sau đây ta xét đến kiến trúc giao thức của EUTRAN: + Mặt phẳng ngƣờ i sử dụng: Giao thức mặt phẳng
ngƣờ i dùng E-UTRAN, bao gồm các lớ p con PDCP (Packet Data Convergence Protocol), RLC (Radio Link Control) và MAC (Medium Access Control). - PDCP (Packet Data Convergence Protcol: giao thức hội tụ số liệu gói): đảm bảo nén tiêu đề giao thức và thực hiện mật mã hoá s ố liệu. - RLC (Radio Link Control: điều khiển liên k ết vô tuyến): chịu trách nhiệm truyền số liệu tin cậy, lớ p con của lớ p 2.
9
Hình 1.2: Ngăn xếp giao thứ c mặt phẳng ngƣờ i sử dụng
và điều khiển - MAC (Medium Access Control: điều khiển môi
trƣờ ng): chịu trách nhiệm lậ p biểu và phát lại nhanh, lớ p con của lớ p 2. + Mặt phẳng điều khiển: Vùng màu xám chỉ ra các giao thức tầng truy cậ p. Các lớ p thấp hơn hoạt động vớ i cùng chức năng nhƣ bên mặt phẳng ngƣờ i dùng, chỉ khác
ở chỗ là không nén Header.
10
CHƢƠNG 2 - MẠNG DI ĐỘNG 4G LTE-ADVANCED 2.1. Sự phát triển của LTE để tiến lên LTE – Advanced (4G) LTE-Advanced (Long Term Evolution-Advanced)
đƣợc xem nhƣ là là sự tiến hóa trong tƣơng lai của công nghệ LTE, công nghệ dựa trên OFDMA này đƣợ c chuẩn hóa bở i 3GPP trong phiên b ản phát hành 8 và 9, trong khi LTE-Advanced đƣợc đƣa ra trong phát hành 10. 2.1.2. So sánh công ngh ệ L TE -Advanced v ới L TE và nh ữ n g tri ển v ọng cho công ngh ệ LTE-Advanced
LTE-Advanced là mở r ộng cho những giớ i hạn c ủa LTE nhằm đáp ứng đƣợ c các yêu c ầu của IMT-Advanced. LTE-Advanced mở r ộng các đặc tính của LTE để
đáp ứng, thậm chí vƣợt qua đƣợ c các yêu c ầu của IMTAdvanced. - LTE-Advanced hỗ tr ợ băng tần bất đối xứng và
băng tần lớn hơn (tối đa là 100MHz). Đố i vớ i LTE trong
11
phát hành 8, băng tần có thể có kích thƣớ c khác nhau nhƣng phải giống nhau đối với đƣờng lên và đƣờ ng xuống. Tuy nhiên trong LTE-Advanced của phát hành 10,
băng tầ n có thể thay đổi bở i vì do yêu cầu thực tế của các mạng di động, lƣu lƣợ ng từ các tr ạm đến ngƣờ i dùng bao giờ cũng lớn hơn lƣu lƣợ ng từ ngƣời dùng đến tr ạm. - Kĩ thuật truyền tải đa ăng ten mở r ộng. LTEAdvanced sử dụng cấu hình 8x8 cho đƣờ ng xuống và 4x4
cho đƣờ ng lên.
2.2. Kiến trúc mạng LTE-Advanced Đối vớ i hệ thống 4G, cả giao diện vô tuyến và mạng truy nhậ p vô tuyến đều đƣợ c mở r ộng hoặc định
nghĩa lại, tuy nhiên đố i vớ i kiến trúc mạng lõi EPC thì lại không có nhiều thay đổi đối so vớ i kiến trúc SAE đƣợ c tiêu chuẩn hóa. Do vậy, trong chƣơng này sẽ trình bày kiến trúc E-UTRAN và các chức năng đƣợc định nghĩa cho hệ thống LTE-Advanced và chức năng các nút chính
trong EPC, đƣợc đƣa ra trong phát hành 8, 9, 10. 2.2.1. M ạng truy nh ập L TE-Advanced E-UTRAN
12
Phần lõi chính của kiến trúc E-UTRAN là Nút B phát triển (eNodeB), cung cấ p giao diện vô tuyến vớ i mặt phẳng ngƣờ i sử dụng và mặt phẳng điều khiển k ết cuối
hƣớng đến UE. Giao diện k ết nối các eNodeB vớ i nhau đƣợ c gọi là giao diện X2. Ngoài ra, 3GPP cũng xe m xét đến các nút chuyển tiế p (relay) và cách thức chuyển tiế p phức tạ p cho vi ệc mở r ộng hiệu năng mạng. Mục tiêu của công nghệ mới này là tăng vùng phủ , tốc độ dữ liệu cao
hơn và hiệu năng QoS tốt hơn và công bằng hơn đố i vớ i các ngƣờ i sử dụng khác nhau.
Hình 2.1: Kiến trúc E-UTRAN c ủa LTE-Advanced
13
Nút B phát triển cung cấ p E-UTRAN vớ i những giao thức k ết cuối mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng
ngƣờ i sử dụng cần thiết, bao gồm có PDCP (giao th ức h ội tự dữ liệu gói), RLC (điều khiển liên k ết vô tuyến), MAC
(điều khiển truy nhập môi trƣờ ng), và các giao thức lớ p vật lí (PHY). Chồng giao thức mặt phẳng điều khiểm có thêm các giao thức điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC).
Hình 2.2: Chồng giao thứ c.
Mạng truy nhậ p vô tuyến LTE-Advanced sử dụng một kiến trúc phẳng, hoàn toàn IP, vớ i ch ỉ một loại nút đó là Nút B phát triển (eNodeB). Nút B phát triển chịu trách
14
nhiệm cho tất cả các chức năng liên quan đến phần vô tuyến trong một hoặc nhiều ô (cells). Một nhiệm vụ cơ bản của Nút B phát tri ển đó là tạo ra miền có 3 vùng (3 sector). Nút B phát triển k ết n ối đến mạng EPC thông qua giao diện S1, đặc bi ệt hơn là kết nối đến S-GW thông qua giao diện S1-u (phần giao diện S1 cho ngƣờ i sử dụng), và k ết nối đến MME thông qua giao di ện S1-c (giao diện S1 mặt phẳng điều khiển). Một Nút B phát triển có thể đƣợ c k ết n ối đến hi ều MME/S-GW cho mục đích chia tải và dự phòng. 2.2.2. M ạng l õi gói phát tri ển EPC
Các thành phần chính của mạng lõi phát triển EPC bao gồm: Thực thể quản lí di động (MME), Cổng phục vụ (S-GW), Cổng mạng dữ liệu gói (PDN-GW).
2.3. Tƣơng thích ngƣợ c của LTE-Advanced đối vớ i LTE. Bên cạnh yêu cầu cơ bản là cho phép chuyển giao giữa các phát hành LTE, các thi ết bị LTE dựa trên phát
hành 8 và phát hành 9 cũng đƣợ c yêu cầu phải hoạt động đƣợ c ở trong mạng LTE-Advanced dựa trên phát hành 10.
15
Có nghĩa là công nghệ mớ i của LTE-Advanced phải có tính tƣơng thích ngƣợc đố i vớ i LTE, giúp cho các thi ết bị LTE có thể hoạt động đƣợ c. Hiệu năng và tốc độ dữ liệu lớ n nhất của các thiết bị này sẽ không bị tác động bở i những sự phát triển của LTE-Advanced nhƣng các thiết bị nên chỉ sử dụng những dịch vụ cần thiết. Điều này có thể
đƣợ c giải thích một phần dựa vào kiến trúc của mạng LTE-Advanced và LTE có những thành phần tƣơng đồng. Các thành phần trong mạng lõi EPC của LTE và LTE-
Advanced đều bao gồm có những MME, S-GW, PDNGW… Phần truy nhậ p vô tuyến E-UTRAN cũng chỉ có một phần tử duy nhất là Nút B phát triển eNodeB vớ i những lớ p xử lí giống nhau. Điều khác biệt giữa LTE và LTE-Advanced chỉ là LTE-Advanced có chứa những chức
năng mở r ộng so với LTE nhƣ là hỗ tr ợ băng tần lớn hơn và có thể thay đổi đối với đƣờng lên và đƣờ ng xuống; ngoài ra, LTE-Advanced cũng sử dụng kĩ thuật MIMO trong việc truyền tải số liệu nhƣ LTE nhƣng có sự mở r ộng ở khả năng có thể sử dụng cấu hình 8x8 cho đƣờ ng xuống và 4x4 cho đƣờ ng lên.
16
CHƢƠNG 3 - CÁC CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG TRONG LTE-ADVANCED 3.1. K ết hợ p sóng mang và ph ổ tần
Hình 3.1: K ết hợ p sóng mang trong LTE-Advanced
K ết hợ p sóng mang (CA) là một trong những chức
năng quan trọng nhất của LTE-Advanced. Phƣơng pháp của CA là để mở r ộng băng tần tối đa của đƣờ ng lên và
đƣờ ng xuống bằng cách k ết hợ p nhiều sóng mang lại vớ i nhau. Các sóng mang đƣợ c k ết hợ p lại chính là các sóng mang cơ sở trong phát hành 8, điề u này chính là yếu tố khiến cho LTE-Advanced có thể dễ dàng hơn trong khả
năng tƣơng thích ngƣợ c. Một thiết bị đầu cuối trƣớ c phát hành 10 có thể dễ dàng truy nhậ p vào một sóng mang
17
thành phần trong khi các UE có khả năng kết hợ p sóng mang sẽ hoạt động trên nhiều thành phần sóng mang. H i ệu năng của k ết h ợp sóng mang
Việc sử dụng k ết hợp sóng mang đem lại lợ i ích cho hiệ năng của hệ thống theo hai cách sau: - Tốc độ dữ liệu đỉnh tăng lên khi thực hiện k ết hợ p phổ từ hai hay nhiều băng tần tần số. Tốc độ dữ liệu đỉnh theo lí thuyết từ việc k ết hợ p sử dụng k ết hợ p sóng mang vớ i tổng cộng phổ tần 40MHz và 8 ăngten có thể đạt tớ i
1,2Gbps cho đƣờ ng xuống và 600Mbps cho đƣờ ng lên (vớ i công nghệ truyền dẫn đa ăngten đƣờ ng lên). Vớ i phổ tần 100MHz và 5 sóng mang đƣợ c k ết hợ p, t ốc độ dữ liệu có thể đạt đến 3Gbps cho đƣờ ng xuống và 1,5Gbps cho
đƣờ ng lên. - Tăng thông lƣợ ng trung bình của ngƣời dung, đặc biệt khi số lƣợng ngƣờ i dùng là quá lớ n. Lậ p lịch sóng mang chung trong Nút B phát tri ển cho phép sự lựa chọn sóng mang tối ƣu do đó dẫn đến hiệu năng tốt nhất và cân bằng tải tốt nhất giữa các sóng mang.
3.2. K ết nối chuyển tiếp
18
Hình 3.2: Kiến trúc tổng quan k ết nối chuyển tiếp
Một trong những thành phần công nghệ mớ i trong phát hành 10 cho LTE-Advanced đó chính là kết nối chuyển tiế p (Relay). LTE-Advanced sử dụng k ết nối chuyển tiếp để tăng hiệu năng của mạng LTE bằng bằng cách thêm vào các nút mạng trong các vùng, nơi có các vấn đề nhất định về vùng phủ. Các nút chuyển tiế p có công suất phát nhỏ hơn so vớ i các Nút B phát tri ển có vùng phủ r ộng l ớ n (các Nút B phát triển macro) và đƣờ ng tr ục là không dây, do v ậy việc triển khai các Nút chuyển tiế p dễ dàng hơn đáng kể so vớ i vi ệc triển khai các Nút B phát tri ển macro. Do vậy, k ết nối chuyển tiế p có thể đƣợ c sử dụng để xây dựng mạng LTE trên các khu vực r ất khó
19
để triển khai mạng đƣờ ng tr ục có dây. Nút chuyển tiế p đƣợ c k ết nối đến một eNodeB dẫn (Donor eNodeB), đây là nút sẽ chịu trách nhiệm k ết nối dữ liệu đến mạng lõi. K ến tr úc – nguyên lýthi ế t k ế c ủa k ế t n ối chuy ển ti ếp phát hành 10.
Việc mở r ộng vùng phủ vô tuyến có thể đƣợ c thực hiện theo nhiều cách. Một cách tr ực tiế p có thể thực hiện
đƣợc đó là sử dụng các bộ lặ p lựa chọn tần số, đơn giản là khuếch đại và chuyển tiế p tín hiệu tại một vài băng tần nhất định nào đó. Một phƣơng pháp khác đó là sử dụng các thiết bị nhƣ giải mã và chuyển tiế p tín hiệu. Trong
trƣờ ng hợ p này, tín hiện mong muốn đƣợ c phát hiện tại nút chuyển tiếp và sau đó đƣợ c mã hóa tr ở lại r ồi lại chuyển tiếp đến UE hoặc DeNB. Việc nút chuyển tiế p giải mã và truyền tiế p đạt đƣợ c nhiều lợi ích hơn so vớ i việc khuếch đại và truyền tiế p, do vậy loại chuyển tiế p L2/L3
này đã đƣợ c lựa chọn. DeNB hoạt động nhƣ một proxy và ẩn đi sự tồn tại của RN đối vớ i phần còn lại của mạng, khi này RN sẽ đƣợc nhìn nhƣ là mộ t ô của DeNB.
3.3. Đa anten đƣờ ng xuống mở rộng
20
MIMO mở r ộng đƣợc xem nhƣ là một trong những khía cạnh chính của LTE-Advanced giúp cho phép hệ thống đáp ứng đƣợ c các yêu cầu tốc độ của IMTAdvanced của ITU-R. MIMO có 3 chế độ hoạt động
chính, đó là MIMO ngƣờ i sử dụng đơn (SU-MIMO), MIMO đa ngƣờ i sử dụng (MU-MIMO) và MIMO cùng hoạt động (Cooperative MIMO), đƣợ c mô tả nhƣ trong hình sau:
Hình 3.3: Các chế độ MIMO chính trong LTE-
Advanced Số lƣợng ăngten trong cả chiều phát và nhận đƣợ c
tăng lên, từ cấu hình ăngten MIMO 4x4 trở thành cấu hình tối đa MIMO 8x8 để có thể đạt đƣợ c tốc độ đỉnh cao.
21
3.4. Đa anten đƣờ ng lên Đƣờ ng lên MIMO trong LTE phtá hành 10 h ỗ tr ợ 2 hoặc 4 ăngten và cung cấ p tốc độ dữ liệu đỉnh lên đến gấ p 4 lần phát hành 8.
3.5. Truyền dẫn đa điểm phối hợ p Phát và nhận (truyền dẫn) đa điểm phối hợ p (Cooperative Multipoint Tx/Rx - CoMP
trong LTE-
Advanced đƣợ c xem là công cụ để tăng vùng phủ của tốc độ dữ liệu cao, thông lƣợng biên ô và tăng thông lƣợ ng hệ thống. Nhằm mục đích giảm ảnh hƣở ng của nhiễu xuyên ô
tác động lên hiệu năng của hệ thống, phƣơng pháp truyề n dẫn phối hợp đã đƣợ c sử dụng. Truyền dẫn (truyền và nhận) đa điểm phối hợp (CoMP) dùng để chỉ một hệ thống
nơi mà các nút ăngten đƣợ c phân bố tách biệt về mặt địa lí sẽ phối h ợ p v ớ i nhau nhằm mục đích tăng hiệu năng phục vụ ngƣờ i dùng trong một vùng cùng hoạt động chung. 3.5.1. Ki ến trúc CoM P
22
Phối h ợ p ho ạt động giữa các Nút B phát tri ển đƣợ c
xem là kĩ thuật r ất hứa hẹn để giảm xuyên nhiễu giữa các ô trong mạng đối vớ i cả đƣờ ng xuống và đƣờ ng lên.
CoMP đƣợ c áp dụng trong đƣờ ng xuống bằng cách thực hiện truyền dẫn phối h ợ p từ các tr ạm gốc, trong khi xuyên nhiễu trong đƣờ ng lên có thể đƣợ c giảm bằng cách nhận phối hợ p từ các Nútt B phát triển. Hầu hết các phƣơng pháp CoMP chia sẻ yêu cầu thông tin lậ p biểu cần thiết.
Điều này có nghĩa là các liên kết độ tr ễ rât thấp đƣợ c yêu cầu giữa chúng để thông tin có thể trao đổi giữa các Nút phối hợ p hoạt động này, yêu cầu độ tr ễ phải ở cỡ ms. Có hai loại kiến trúc đó là CoMP tậ p trung và CoMP phân tán. Trong kiến trúc tậ p trung, một phần tử trung tâm
đƣợ c sử dụng để thu thậ p thông tin về kênh từ tát cả các thiết bị ngƣờ i sử dụng trong vùng đƣợ c bao phủ bở i các Nút B phát triển hoạt động phối hợ p. Khi thông tin đƣợ c thu thậ p, mỗi Nút B phát triển sẽ chuyển tiế p thông tin này cho phần tử trung tâm, phần tử này sẽ chịu trách nhiệm quyết định các tham số truyền dẫn và lậ p biểu, và thông tin mớ i sẽ đƣợ c gửi đến cho các Nút B phát tri ển khác.
23
Kiến trúc phân tán là một giải pháp khác cho việc thực hiện hoạt động phối hợ p. Dựa vào giả thiết r ằng việc lậ p biểu trong tất c ả các Nút B phát triển là giống nhau và thông tin kênh dựa trên toàn bộ sự phối hợ p hoạt động của các Nút, liên k ết truyền thông giữa các Nút B phát triển là không cần thiết nữa. Do vậy kiến trúc này có một thuận lợi đáng kể của việc giảm tải về hạ tầng và giá của giao thức tín hiệu liên quan đến các liên k ết này và phần tử xử lí trung tâm. Thêm nữa, phản hồi vô tuyến đến một vài Nút có thể nhận đƣợ c mà không cần phải thêm vào mào
đầu. Thiết bị ngƣờ i sử dụng sẽ ƣớc lƣợ ng kênh từ tất c ả các Nút B phát triển phối hợ p hoạt động theo cách giống
nhƣ trong phƣơng pháp tập trung. Các ƣớc lƣợ ng này sau đó sẽ đƣợ c gửi lại cho tất cả các Nút B phối hợ p hoạt động và sự lậ p biểu sẽ đƣợ c thực hiện một cách độc lập nhƣ
đƣợ c mô tả trong hình sau:
24
CHƢƠNG 4 - KHẢO SÁT VIỆC TRIỂN KHAI LTE-ADVANCED TRÊN THẾ GIỚ I VÀ Ở VIỆT NAM 4.1. Khảo sát tình hình tri ển khai LTE-Advanced trên thế giớ i Trƣớ c hết cần phải khẳng định hiện nay trên thế giới chƣa có nhà điề u hành mạng viễn thông nào thực hiện triển khai mạng di động thế hệ 4 theo phát hành 10 LTEAdvanced, tất cả hiện mớ i chỉ dừng ở LTE phát hành 8 và 9.
Tháng 3 năm 2011, nhà khai thác mạ ng viễn thông của Nhật là NTT Docomo đã thực hiện thử nghiệm các công nghệ chính của LTE-Advanced. Docomo thực hiện thử nghiệm liên quan đến k ết hợp băng tần, sử dụng 5
kênh 20MHz cho đƣờ ng xuống và 2 kênh 20MHz cho đƣờ ng lên. Thêm nữa, thử nghiệm cũng bao gồm cả việc sử dụng công nghệ đa ăngten đầu vào và đầu ra cho cả
đƣờ ng xuống và đƣờ ng lên. Thử nghiệm mô phỏng này của NTT Docomo đã đạt đƣợ c k ết quả tốc độ 1Gbps cho
25
đƣờ ng xuống vớ i việc sử dụng 4 ăngten tại tr ạm gốc và 2 ăngten trên mỗi thiết bị di động (sử dụng 2 thiết bị di động) và 200Mbps cho đƣờ ng lên vớ i việc sử dụng 2 ăngten phát và 2 ăngten thu kết hợ p vớ i k ết hợ p sóng mang.
Tháng 6 năm 2010, Alcatel-Lucent đã thực hiện thử nghiệm công nghệ truyền dẫn đa điểm phối h ợ p c ủa LTEAdvanced. Mục đích của cuộc thử nghiệm là nhằm mở r ộng hiệu quả phổ tần biên ô. Tín hiệu đƣờ ng lên từ một
ngƣuờ i sử dụng đƣợ c nhận bở i nhiều ô. Sự k ết hợ p nhất quán của các tín hiệu đƣờng lên đƣợ c tậ p trung ở một đơn vị trung tâm, gọi là Nút B phát triển LTE xử lí trung tâm. Thông tin giữa các tr ạm đƣợc trao đổi thông qua giao diện X2
4.2. Khả năng triển khai LTE-Advanced ở Việt Nam Nền tảng cho sự phát triển các hệ thống 2G/3G lên 4G đó là sự phát triển các mạng lõi của hệ thống thông tin di động tại các nhà khai thác m ạng ở Việt Nam. Hầu hết các nhà khai thác mạng lớ n ở Việt Nam nhƣ VinaPhone, MobiFone, Viettel đang dần dần phát triển thành phần
26
mạng lõi của mình tr ở thành những mạng hoàn toàn dùng IP. Hiện nay giao thức IP đã đƣợ c sử dụng đến tận tr ạm phát sóng, Node B đã đƣợ c cấu hình hoàn toàn IP (full IP). Hình 4.1 mô tả một k ết nối hoàn toàn IP thu ộc mạng lõi của một hệ thống mạng di động. MSS
GARP3
ETMFG1-19
GARP2
GARP1
ETMFG1-20
GARP0
ETMFG2-19
ETMFG2-20
MGW-TSS
Hình 4.1: K ết nối mạng lõi cho t ổng đài MSS/TSS mạng
VinaPhone
Tuy nhiên để các mạng di động tại Việt Nam phát triển lên 4G, đặc biệt là LTE-Advanced thì cần phải có một chặng đƣờng thay đổi và phát triển r ất dài. Hiện tại có
27
hai con đƣờ ng phát triển lên hệ thống di động 4G, thứ nhất đó là phát triển hệ thống thông tin di động 3G/HSPA+ hiện tại lên mạng LTE phát hành 8 và 9, v ới tƣ cách là hệ thống tiệm cận 4G nhƣng cũng có nhữ ng phát triển r ất lớ n về tốc độ dữ liệu cao. Mạng LTE đang hứ a h ẹn mở ra một cơ hội tăng lƣu lƣợ ng thông qua các ứng dụng di động mớ i. Theo k ỳ vọng thì LTE sẽ đạt tốc độ trung bình từ 50100Mb/s. Đây là một sự gia tăng đáng kể so vớ i các hệ thống 2G/3G và xa hơn nữa là giúp tăng cƣờ ng dung lƣợ ng truyền tải vớ i giá thành thấp hơn từ đó tăng hiệu quả truyền tải. Hƣớ ng phát triển thứ hai đó là tiến thẳng lên hệ thống 4G LTE-Advanced bỏ qua quá trình phát triển lên LTE phát hành 8 và 9 v ớ i những sự thay đổi đáng k ể cả về thiết bị lẫn công nghệ. Hình 4.5 và 4.6 là mô t ả chung cho hiện tr ạng của một mạng thông tin di động tại Việt Nam. Các Node B đƣợ c k ết nối đến RNC, RNC đến MSS và GSNs thông qua các thi ết bị truyền dẫn lớ p 2/3 là Switch/Router và tất cả hoàn toàn sử dụng k ết nối IP.
28
K ẾT LUẬN Cùng vớ i những yêu cầu ngày càng tăng về chất
lƣợ ng và sự đa dạng dịch vụ ngày càng tr ở nên rõ ràng nhằm cung cấ p những dịch vụ tốt nhất, thuận tiện nhất cho khách hàng. Nhu cầu sử dụng các dịch vụ truy cậ p Internet tốc độ cao dành cho các thiết bị di động sẽ ngày càng phát triển. Vì vậy nghiên cứu về LTE-Advanced sẽ là một đòi hỏi thiết yếu, là cơ sở cho việc triển khai thực tế. Trong khuôn khổ của luận văn này, em chỉ mong muốn đƣa ra những vấn đề cơ bản về kiến trúc, nguyên lí và sự cải tiến của LTE-Advanced so vớ i hệ thống mạng 3G hiện t ại và LTE, để thấy đƣợ c LTE-Advanced là bƣớ c phát triển trong tƣơng lai đố i vớ i hệ thống thông tin di
động trên thế giới cũng nhƣ là ở Việt Nam. Đây là kết quả của quá trình học tậ p và việc tìm hiểu vấn đề qua những tài liệu có liên quan từ nhiều nguồn tƣ liệu đƣợ c t ổng hợ p lại. Tuy nhiên, do trình độ và thờ i gian có hạn, đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Em r ất mong nhận đƣợ c
