Nghiên cứu hệ thống thông tin di động tiền 4G LTE

đƣờng xuống. Trong LTE báo cáo phản hồi kênh là luôn đƣợc điều khiển đầy đủ bởi eNodeB và UE không thể gửi bất kỳ báo cáo phản hồi trạng thái kênh nào mà eNodeB không biết trƣớc. Thủ tục tƣơng ứng cho việc cung cấp thông tin về trạng thái kênh đƣờng lên đƣợc gọi là sự dò kênh và nó đƣợc thực hiện bằng cách sử dụng tín hiệu chuẩn thăm dò (SRS). Sự khác biệt chính của phản hồi thông tin trạng thái kênh trong LTE so với WCDMA/HSDPA là tính chọn lọc tần số của các báo cáo, ví dụ, thông tin liên quan đến việc phân phối trạng thái kênh trong miền tần số cũng có thể đuwocj cung cấp. Điều này tạo ra một khả năng cho việc lập lịch biểu gói tin trong miền tần số (FDPS), đây là một phƣơng pháp nhằm phân chia các nguồn tài nguyên vô tuyến trong miền tần số cho các ngƣời sử dụng khác nhau nhằm tối ƣu hóa hiệu suất hệ thống. 4.8.6. Hoạt động chế độ bán song công Các thông số kỹ thuật của LTE cũng cho phép chế độ hoạt động bán song công, trong đó về cơ bản là hoạt động trong chế độ FDD ( ví dụ, tần số thu và phát là riêng rẽ ) nhƣng truyền dẫn và thu nhận không diễn ra đồng thời nhƣ trong chế độ TDD. Các dự định trong 3GPP đã có một lựa chọn cho các trƣờng hợp vì sự sắp xếp tần số và kết quả là các yêu cầu đối với bộ lọc song công sẽ là không hợp lý, sẽ dẫn đến chi phí cao và công suất tiêu thụ cao. eNodeB sẽ cần phải hiểu đƣợc nếu một số thiết bị đƣợc dựa trên hoạt động bán song công. Tác động đối với tốc độ dữ liệu có thể là đƣờng lên hoặc đƣờng xuống sẽ không còn đƣợc độc lập nhƣng tốc độ dữ liệu sẵn có trong một hƣớng truyền dẫn sẽ phụ thuộc vào việc các nguồn tài nguyên đƣợc cấp phát cho các hƣớng khác nhau. Tƣơng tự với hoạt động TDD, ngƣời ta sẽ cần tới việc lập lịch biểu dựa trên cơ sở thiết bị ( không phải dựa trên cơ sở hệ thống giống nhƣ trong FDD) để không có xung đột giữa việc cấp phát đƣờng lên và đƣờng xuống cho một UE. Ngoài ra thời gian cũng sẽ là cần thiết cho UE để thay đổi giữa truyền và nhận. 4.8.7. Các lớp khả năng của UE và các đặc điểm đƣợc hỗ trợ Trong LTE có năm lớp khả năng của thiết bị đƣợc xác định. Dữ liệu đƣợc hỗ trợ trong phạm vi từ 5 tới 75Mbps theo hƣớng đƣờng lên và từ 10 tới 300Mbps theo hƣớng đƣờng xuống. Tất cả các thiết bị hỗ trợ cho 20MHz băng thông cho việc truyền và nhận, giả sử rằng băng tần đƣa ra đã đƣợc xác định. Đó là dự đoán trƣớc mà đối với hầu hết các trƣờng hợp còn với các băng tần đƣợc quan tâm là dƣới 103 1GHz là với băng thông nhỏ nhất và khi đó sự hỗ trợ lên tới 20MHz là không đƣợc chỉ định. Với băng tần trên 1GHz, băng thông dƣới 5MHz là không cần thiết. chỉ có một loại 5 thiết bị sẽ thực hiện 64QAM trong đƣờng lên, các loại khác sử dụng QPSK và 16QAM. Sự phân tập thu và MIMO có trong tất cả các chủng loại, trừ loại 1 là không hỗ trợ MIMO. Các chủng loại UE đƣợc thể hiện nhƣ trong bảng 4.2 Loại 1 Loại 2 Loại 3 Loại 4 Loại5 Tốc độ đỉnh DL/UL 10 / 5Mbps 50 / 25Mbps 100 / 50Mbps 150/50Mbps 300/75Mbps Điều chế DL QPSK / 16QAM / 64QAM QPSK / 16QAM / 64QAM QPSK / 16QAM / 64QAM QPSK / 16QAM / 64QAM QPSK / 16QAM / 64QAM Điều chế UL QPSK / 16QAM QPSK / 16QAM QPSK / 16QAM QPSK / 16QAM QPSK / 16QAM + 64QAM MIMO DL Tùy chọn (không bắt buộc) 2 × 2 2 × 2 2 × 2 2 × 4 Bảng 4.2 Các loại thiết bị LTE Các bậc trong tốc độ dữ liệu lên tới 300Mbps với loại 5 là đạt đƣợc với việc truyền dẫn MIMO với bốn ăng ten, trong đó không đƣợc hỗ trợ với các loại khác. 4.9. Đo lƣờng lớp vật lý 4.9.1. Đo lƣờng eNodeB Tất cả các chức năng vô tuyến đƣợc đặt tại eNodeB, có một vài phép đo eNodeB mà có thể cần phải đƣợc báo cáo qua giao diện bất kỳ vì không có chức năng RRB tập chung riêng biệt nhƣ bộ điều khiển mạng vô tuyến trong WCDMA. Đo eNodeB đƣợc quy định trong các thông số kỹ thuật lớp vật lý trong phiên bản 8 ở đƣờng xuống nhƣ sau :  Công suất sử dụng cho các thành phần tài nguyên đƣợc sử dụng để truyền các tín hiệu chuẩn ô cụ thể từ eNodeB ( trong băng thông hệ thống).  Công suất can nhiễu nhận đƣợc trên mỗi khối tài nguyên vật lý  Công suất nhiễu nhiệt qua băng thông hệ thống Động cơ thúc đẩy cho việc thực hiện các phép đo lƣờng này là để cho phép họ xem xét trong các quyết định chuyển giao và sức mạnh trạm gốc tƣơng đối để tạo điều kiện cho sự phối hợp can nhiễu giữa các ô. Trong 3GPP có bổ sung thêm các chỉ số nhƣ là một phần của các thông số kỹ thuật vận hành và bảo dƣỡng ( O & M) để hỗ trợ việc giám sát hiệu năng của hệ thống. 104 4.9.2. Đo lƣờng UE Đối với UE các phép đo sau đây đƣợc thực hiện bên trong hệ thống LTE :  Công suất thu tín hiệu chuẩn (RSRP), mà đối với một ô riêng biệt đó là mức trung bình của công suất đo đƣợc ( và mức trung bình giữa các nhánh thu đƣợc ) của các thành phần tài nguyên có chứa các tín hiệu chuẩn ô cụ thể.  Chất lƣợng thu tín hiệu chuẩn ( RSRQ) nó là tỉ số của RSRP và E-UTRAN mang chỉ thị cƣờng độ tín hiệu nhận đƣợc (RSSI), với các tín hiệu chuẩn.  E-UTRAN RSSI, đây là tổng công suất dải rộng thu đƣợc trên một tần số nhất định, nó bao gồm nhiễu từ toàn bộ vũ trụ vào tần số cụ thể, cho dù đó là sự can nhiễu giữa các ô hoặc từ mọi nguồn nhiễu nào khác. E-UTRAN RSSI không phải là báo cáo của UE nhƣ là một phép đo riêng lẻ, nhƣng nó chỉ đƣợc sử dụng trong việc tính toán các giá trị RSRQ bên trong UE. 4.10. Cấu hình tham số lớp vật lý Các tham số lớp vật lý để cấu hình cho kết nối trong một ô cụ thể là trách nhiệm của eNodeB cụ thể. Sẽ có một số vấn đề từ các thiết lập O&M, chẳng hạn nhƣ độ dài tiền tố vòng đƣợc sử dụng. Đối với một số các tham số, 3GPP đã phát triển giải pháp mạng tự tổ chức ( SON ). Trong lớp vật lý này bao trùm là ID ô vật lý ( PCI), đƣợc thể hiện nhƣ trong hình 4.26. Hình 4.26 Tự cấu hình cho PCI 105 Khi lắp đặt một ô mạng mới, theo nguyên tắc là ô có thể chọn ngẫu nhiên PCI và khi báo cáo đo lƣờng đầu tiên đã thu đƣợc từ UE bất kỳ, nó sẽ nghiên cứu các PCI đang sử dụng ở gần. Sau đó khi eNodeB đã biết đƣợc các ô lân cận và nó có thể thiết lập các kết nối X2 ( UE sau đó cần phải đƣợc hƣớng dẫn để giải mã BCH để có đƣợc ID ô toàn cầu và sau đó hệ thống O&M có thể cung cấp thông tin kết nối cho việc tạo ra X2 ). Một khi các kết nối X2 cung cấp thông tin về các giá trị PCI đƣợc sử dụng trong các ô lân cận, ô có thể xác định xem PCI nó lựa chọn có cần phải điều chỉnh hay không. Hoặc, PCI có thể đƣợc lấy trực tiếp từ O&M, nhƣ vậy tránh đƣợc các xung đột ban đầu cho PCI giữa các ô gần nhau. 106 CHƢƠNG 5 – CÁC THỦ TỤC TRUY NHẬP 5.1. Thủ tục dò tìm ô Dò tìm ô là thủ tục mà theo đó thiết bị đầu cuối tìm thấy một ô mạng để có khả năng kết nối tới. Nhƣ là một phần của thủ tục dò tìm ô, thiết bị đầu cuối đã tìm đƣợc nhận dạng của một ô và ƣớc tính sự định thời khung của ô đƣợc xác định. Hơn nữa, thủ tục dò tìm ô cũng cung cấp sự ƣớc tính các thông số cần thiết để thu nhận thông tin của hệ thống trên kênh quảng bá, có chứa các thông số còn lại cần thiết cho việc truy nhập vào hệ thống. Để tránh việc lập kế hoạch ô phức tạp, số lƣợng các nhận dạng ô lớp vật lý phải có đủ lớn. LTE hỗ trợ 510 nhận dạng ô khác nhau, đƣợc chia thành 170 nhóm nhận dạng ô . Để giảm sự phức tạm trong việc dò tìm ô, dò tìm ô trong LTE thƣờng đƣợc thực hiện trong một vài bƣớc, tƣơng tự nhƣ thủ tục dò tìm ô ba bƣớc trong WCDMA. Để hỗ trợ thiết bị đầu cuối trong thủ tục này, LTE cung cấp một tín hiệu đồng bộ sơ cấp và một tín hiệu đồng bộ thứ cấp trên đƣờng xuống. Các tín hiệu đồng bộ sơ cấp và thứ cấp là các chuỗi riêng, đƣợc chèn vào hai ký hiệu OFDM cuối cùng trong khe đầu tiên của khung con số 0 và số 5 nhƣ đƣợc minh hoạ trong hình 5.1. Ngoài các tín hiệu đồng bộ, thủ tục dò tìm ô cũng có thể lợi dụng các tín hiệu tham chiếu nhƣ là một phần hoạt động của nó. 5.1.1. Các bƣớc của thủ tục dò tìm ô Trong bƣớc đầu tiên của thủ tục dò tìm ô, thiết bị đầu cuối di động sử dụng tín hiệu đồng bộ sơ cấp để tìm ra thời gian định thời dựa trên một cơ sở là 5ms. Lƣu ý rằng, tín hiệu đồng bộ sơ cấp đƣợc truyền hai lần trong mỗi khung. Một lý do là để đơn giản hóa việc chuyển giao từ các công nghệ truy nhập vô tuyến khác nhƣ GSM tới LTE. Nhƣ vậy, tín hiệu đồng bộ sơ cấp chỉ có thể cung cấp sự định thời khung với một sự không rõ dàng là 5ms. Việc thực hiện các thuật toán ƣớc tính là đƣợc cung cấp riêng, nhƣng có một khả năng là để thực hiện việc lọc thích ứng giữa tín hiệu nhận đƣợc và các chuỗi đƣợc quy định với tín hiệu đồng bộ sơ cấp. Khi đầu ra của bộ lọc thích ứng đạt tới tối đa của nó, thiết bị đầu cuối có khả năng đã tìm thấy giá trị định thời trên cơ sở 5ms. Bƣớc đầu cũng có thể đƣợc sử dụng để khóa tần số dao động nội của thiết bị đầu cuối di động với tần số sóng mang của trạm gốc. Khóa tần số dao động- nội với tần số trạm gốc giúp giảm bớt các yêu cầu độ chính xác trên bộ tạo dao động ở thiết bị đầu cuối di động, nhƣ vậy nó sẽ giúp làm giảm bớt chi phí. 107 Hình 5.1 Các tín hiệu đồng bộ sơ cấp & thứ cấp ( giả thiết chiều dài tiền tố vòng bình thường ) Vì các lý do đã đƣợc thảo luận ở trên, ba dãy khác nhau có thể đƣợc sử dụng nhƣ là tín hiệu đồng bộ sơ cấp. có một sự ánh xạ một-một giữa mỗi chuỗi trong ba chuỗi và nhận dạng ô bên trong nhóm ô nhận dạng. Do đó, sau bƣớc đầu tiên thiết bị đầu cuối đã tìm thấy sự nhận dạng bên trong nhóm nhận dạng ô. Hơn nữa, khi có một ánh xạ một-một giữa mỗi một sự nhận dạng trong một nhóm nhận dạng ô và mỗi một dãy trực giao trong ba chuỗi là đƣợc sử dụng khi tạo ra tín hiệu chuẩn. Thiết bị đầu cuối cũng có đƣợc một phần kiến thức về cấu trúc tín hiệu chuẩn trong bƣớc này. Nhóm ô nhận dạng, tuy nhiên vẫn chƣa biết đến thiết bị đầu cuối sau bƣớc này. Trong bƣớc tiếp theo, thiết bị đầu cuối phát hiện một nhóm nhận dạng ô và nó sẽ xác định đƣợc sự định thời khung. Điều này đƣợc thực hiện bằng cách quan sát cặp khe nơi tín hiệu đồng bộ thứ cấp đƣợc truyền đi. Về cơ bản, nếu ( S1, S2) là một cặp đƣợc phép của các chuỗi, nơi mà S1 và S2 biểu diễn tín hiệu đồng bộ thứ cấp trong khung con số 0 và số 5, cặp đảo ngƣợc ( S2, S1) không phải là một cặp chuỗi hợp lệ. Bằng cách khai thác tính năng này, thiết bị đầu cuối có thể phân giải đƣợc sự không rõ dàng về định thời 5ms của kết quả ở bƣớc đầu tiên trong thủ tục dò tìm ô và xác định sự định thời khung. Hơn nữa, vì mỗi sự kết hợp (S1, S2) thể hiện cho một trong các nhóm nhận dạng ô, cũng là nhóm nhận dạng ô thu đƣợc từ bƣớc dò tìm ô thứ hai. Từ nhóm nhận dạng ô, thiết bị đầu cuối cũng thu đƣợc kiến thức về chuỗi giả-ngẫu nhiên đƣợc sử dụng để tạo ra tín hiệu chuẩn trong ô. Một khi thủ tục dò tìm ô hoàn thành, thiết bị đầu cuối nhận thông tin hệ thống đƣợc phát quảng bá để có đƣợc các thông số còn lại, ví dụ nhƣ, băng thông truyền tải đƣợc sử dụng trong ô. 108 5.1.2. Cấu trúc thời gian/tần số của tín hiệu đồng bộ Cấu trúc thời gian/tần số tổng quát đã đƣợc mô tả tóm tắt ở trên và đƣợc minh họa trong hình 5.1. Nhƣ đã thấy trong hình, các tín hiệu đồng bộ sơ cấp và thứ cấp đƣợc truyền trong hai ký hiệu OFDM liên tiếp. Cấu trúc này đã đƣợc lựa chọn để cho phép xử lý nhất quán của tín hiệu đồng bộ thứ cấp tại thiết bị đầu cuối. Sau bƣớc đầu tiên, tín hiệu đồng bộ sơ cấp đã đƣợc biết và vì thế nó có thể đƣợc sử dụng để ƣớc lƣợng kênh. Ƣớc lƣợng kênh này sau đó có thể đƣợc sử dụng để xử lý nhất quán các tín hiệu nhận đƣợc trƣớc khi tới bƣớc thứ hai để nhằm nâng cao hiệu suất. Tuy nhiên, sự bố trí của các tín hiệu đồng bộ sơ cấp và thứ cấp cạnh nhau mặt khác cũng ngụ ý rằng thiết bị đầu cuối trong bƣớc thứ hai cần phải ƣớc tính độ dài tiền tố vòng một cách mò mẫm. Tuy nhiên, điều này là một hoạt động ít phức tạp. Trong nhiều trƣờng hợp, thời gian định thời trong nhiều ô là đƣợc đồng bộ nhƣ nhau do sự bắt đầu của khung trong các ô cạnh nhau bị trùng nhau về thời gian. Một lý do ở đây là phải cho phép MBSFN hoạt động. Tuy nhiên, hoạt động đồng bộ cũng ngụ ý là truyền các tín hiệu đồng bộ sơ cấp trong các ô khác nhau sảy ra đồng thời. Sự ƣớc lƣợng kênh dựa trên tín hiệu đồng bộ sơ cấp vì vậy sẽ phản ánh sự phối hợp kênh từ tất cả các ô nếu tín hiệu đồng bộ sơ cấp giống nhau đƣợc sử dụng trong tất cả các ô. Hiển nhiên là việc giải điều chế nhất quán của các tín hiệu đồng bộ thứ cấp, là khác nhau trong các ô khác nhau, một sự ƣớc tính kênh từ ô mạng về lợi ích là cần thiết, không phải là sự ƣớc tính của việc phối hợp kênh từ tất cả các ô. Do đó, LTE hỗ trợ nhiều các chuỗi cho tín hiệu đồng bộ sơ cấp. Trong trƣờng hợp sự thu nhất quán trong việc phân phối với thời gian các ô là đồng bộ, các ô lân cận có thể sử dụng các chuỗi đồng bộ sơ cấp khác để làm giảm bớt các vấn đề về ƣớc lƣợng- kênh nhƣ đã đƣợc mô tả ở trên. Hơn nữa, nhƣ đã mô tả ở trên tín hiệu đồng bộ sơ cấp cũng mang một phần của việc nhận dạng ô. Hình 5.2 Sự hình thành tín hiệu đồng bộ trong miền tần số Từ góc độ TDD, sự bố trí tín hiệu đồng bộ tại phần cuối của khe đầu tiên trong khung con, thay vì khe thứ hai là có lợi vì nó ngụ ý rằng ít hạn chế hơn trong việc tạo ra thời gian bảo vệ giữa đƣờng lên và đƣờng xuống. Ngoài ra, nếu các tín hiệu đồng bộ đƣợc đặt trong khe cuối cùng của khung con, sẽ không có khả năng để có 109 đƣợc thời gian bảo vệ cần thiết. Ngoài ra, lƣu ý rằng với hoạt động TDD, vị trí của các tín hiệu đồng bộ ngụ ý là luôn nằm ở khung con số 0 và số 5 trong các khung con đƣờng xuống. Khi bắt đầu thủ tục dò tìm ô, băng thông ô là không cần thiết phải biết đến. Về nguyên tắc, việc phát hiện băng thông truyền dẫn có thể đã đƣợc thực hiện một phần trong các thủ tục dò tìm ô. Tuy nhiên điều này sẽ làm phức tạp thủ tục dò tìm ô chung, nó là thích hợp hơn để duy trì thủ tục dò tìm ô giống nhau, bất kể băng thông truyền dẫn tổng thể của ô. Thiết bị đầu cuối sau đó có thể đƣợc thông báo về băng thông thực tế trong ô từ kênh quảng bá. Vì vậy để duy trì cấu trúc miền tần số gióng nhau của các tín hiệu đồng bộ, bất kể băng thông hệ thống của ô, các tín hiệu đồng bộ luôn đƣợc truyền bằng cách sử dụng 72 sóng mang con trung tâm, tƣơng ứng với một băng thông trong thứ tự của 1MHz. Hình 5.2 minh họa một khả năng có thể thực hiện cho việc tạo ra các tín hiệu đồng bộ, 36 sóng mang con trên mỗi bên của sóng mang con DC trong miền tần số đƣợc dành riêng cho tín hiệu đồng bộ. Bằng cách sử dụng một IFFT, tín hiệu miền thời gian tƣơng ứng có thể đƣợc tạo ra. Kích thƣớc của IFFT cũng nhƣ số lƣợng các sóng mang con đƣợc đƣa về không nhƣ trong hình 5.2, tùy thuộc vào băng thông hệ thống. Các sóng mang con không đƣợc sử dụng cho truyền các tín hiệu đồng bộ có thể đƣợc sử dụng cho truyền dữ liệu. 5.1.3. Dò tìm ban đầu và dò tìm ô lân cận Việc tìm một ô để kết nối đến sau khi bật nguồn của thiết bị đầu cuối rõ dàng là một trƣờng hợp quan trọng. Tuy nhiên, một việc quan trọng không kém đó là khả năng để xác định các ô dự phòng cho việc chuyển giao nhƣ là một phần của việc hỗ trợ tính di động, khi thiết bị đầu cuối kết nối đã di chuyển từ một ô tới một ô khác. Hai trƣờng hợp này thƣờng đƣợc gọi tắt là dò tìm ô ban đầu và dò tìm ô lân cận. Đối với việc dò tìm ô ban đầu, thiết bị đầu cuối thƣờng không biết tần số sóng mang của các ô mà nó đang tìm kiếm. Để giải quyết trƣờng hợp này, thiết bị đầu cuối cần phải dò tìm với một tần số sóng mang phù hợp, về cơ bản bằng cách lặp đi lặp lại các thủ tục nói trên cho bất kỳ tần số sóng mang nào có thể có đƣợc đƣa ra bởi sự quét tần số. Rõ dàng là, điều này thƣờng có thể làm tăng thời gian cần thiết cho việc dò tìm ô, nhƣng các yêu cầu về thời gian dò tìm cho việc dò tìm ô ban đầu thƣờng tƣơng đối thoải mái. Các phƣơng thức thực hiện riêng cũng có thể đƣợc sử dụng để làm giảm thời gian từ khi bật nguồn cho đến khi tìm đƣợc một ô. Ví dụ, thiết bị đầu cuối có thể sử dụng bất kỳ thông tin bổ sung nào mà thiết bị đầu cuối có thể có và bắt đầu dò tìm trên cùng tần số sóng mang với lần cuối cùng nó đã kết nối tới. Với việc dò tìm ô lân cận, có các yêu cầu về thời gian chặt chẽ hơn. Dò tìm ô lân cận chậm hơn, càng dài nó sẽ dẫn đến thiết bị đầu cuối đƣợc chuyển giao tới một ô 110 với mức trung bình về chất lƣợng vô tuyến tốt hơn. Nhƣng điều này rõ dàng sẽ làm hỏng hiệu suất phổ tổng thể của hệ thống. Tuy nhiên, trong trƣờng hợp phổ biến của chuyển giao liên- tần số, rõ dàng là thiết bị đầu cuối không cần phải dò tìm đối với tần số sóng mang trong các ô lân cận. Ngoài việc bỏ qua sự dò tìm trong nhiều tần số sóng mang, dò tìm ô- lân cận liên- tần số có thể dùng các thủ tục tƣơng tự nhƣ việc dò tìm ô ban đầu. Các sự đo đạc cho mục đích chuyển giao là đƣợc yêu cầu cả khi thiết bị đầu cuối hiện đang nhận dữ liệu đƣờng xuống từ mạng. Do đó, thiết bị đầu cuối phải có khả năng thực hiện việc dò tìm ô lân cận trong các trƣờng hợp này. Đối với dò tìm ô-lân cận liên-tần số, đây không phải là một vấn đề lớn nhƣ các ô dự phòng lân cận, truyền ở cùng một tần số nhƣ là thiết bị đầu cuối đã đƣợc thực hiện trong khi đang nhận dữ liệu. Nhận dữ liệu và dò tìm ô lân cận là các chức năng băng gốc riêng đơn giản, hoạt động trên cùng tín hiệu thu đƣợc. Trƣờng hợp chuyển giao liên-tần số, là phức tạp hơn khi tiếp nhận dữ liệu và dò tìm ô lân cận cần phải thực hiện ở nhiều các tần số khác nhau. Trang bị cho thiết bị đầu cuối có một mạch thu RF riêng cho việc dò tìm ô lân cận, mặc dù về nguyên tắc là có thể sẽ không hấp dẫn từ một góc độ của sự phức tạp. Vì vậy, các khoảng trống trong việc truyền tải dữ liệu trong khi thiết bị đầu cuối có thể điều hƣớng lại tới một tần số khác cho các mục đích đo đạc liên tần số, có thể đƣợc tạo ra. Điều này đƣợc thực hiện trong cùng một cách nhƣ đối với HSPA, cụ thể là bằng cách tránh lập kế hoạch cho thiết bị đầu cuối trong một hoặc một số các khung con đƣờng xuống. 5.2. Truy nhập ngẫu nhiên Một yêu cầu cơ bản cho bất kỳ một hệ thống di động tế bào nào là khả năng cho thiết bị đầu cuối yêu cầu thiết lập một kết nối. Điều này thƣờng đƣợc gọi là truy nhập ngẫu nhiên và phụ vụ hai mục đích chính của LTE, cụ thể là thiết lập đồng bộ hƣớng lên và thiết lập một nhận dạng thiết bị đầu cuối duy nhất, C-RNTI, đƣợc biết đến ở cả hai là mạng và thiết bị đầu cuối. Do đó, truy nhập ngẫu nhiên đƣợc sử dụng không chỉ cho truy nhập ban đầu mà là khi chuyển giao từ LTE_DETACHED ( LTE_tách biệt ) hoặc LTE_IDLE ( LTE_rảnh dỗi) tới LTE_ACTIVE ( LTE_tích cực), nhƣng cũng sau một thời gian không hoạt động ở hƣớng lên khi đồng bộ hƣớng lên bị mất trong LTE_ACTIVE. Tổng quan về truy nhập ngẫu nhiên đƣợc thể hiện nhƣ trong hình 5.3, nó bao gồm bốn bƣớc :  Bƣớc đầu tiên bao gồm truyền tải một phần mở đầu truy nhập- ngẫu nhiên, cho phép eNodeB ƣớc tính sự định thời truyền tải của thiết bị đầu cuối. Đồng bộ hƣớng lên là cần thiết nhƣ là nếu không thì thiết bị đầu cuối không thể truyền đƣợc bất kỳ dữ liệu nào ở hƣớng lên. 111  Bƣớc thứ hai bao gồm mạng sẽ truyền một lệnh ứng trƣớc định thời đến để điều chỉnh sự định thời truyền của thiết bị đầu cuối, dựa trên phép đo định thời trong bƣớc đầu tiên. Ngoài việc thiết lập đồng bộ hƣớng lên, bƣớc hai cũng chỉ định các nguồn tài nguyên hƣớng lên cho thiết bị đầu cuối đƣợc sử dụng trong bƣớc thứ ba trong các thủ tục truy nhập ngẫu nhiên.  Bƣớc thứ ba bao gồm truyền dẫn sự nhận dạng thiết bị đầu cuối di động bằng cách sử dụng UL-SCH tƣơng tự nhƣ dữ liệu lập lịch biểu thông thƣờng. Nội dung chính xác của tín hiệu này phụ thuộc vào trạng thái của thiết bị đầu cuối, đặc biẹt là dù nó trƣớc đây có biết đến mạng hay không.  Bƣớc thứ tƣ và cũng là bƣớc cuối cùng bao gồm truyền dẫn thông điệp phân giải tranh chấp từ mạng tới thiết bị đầu cuối trên DL-SCH. Bƣớc này cũng giải quyết mọi tranh chấp do có nhiều thiết bị đầu cuối đang cố gắng để truy nhập vào hệ thống bằng cách sử dụng cùng tài nguyên truy nhập hệ thống. Hình 5.3 Tổng quan về thủ tục truy nhập ngẫu nhiên 5.2.1. Bƣớc 1 : Truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên Bƣớc đầu tiên trong thủ tục truy nhập ngẫu nhiên là việc truyền một phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên. Mục đích chính của phần mở đầu là để chỉ ra với mạng sự hiện diện của một cố gắng truy nhập ngẫu nhiên và để có đƣợc sự đồng bộ thời gian hƣớng lên trong phạm vi một phần nhỏ của tiền tố vòng hƣớng lên. 112 Nhìn chung, truyền dẫn phẩn mở đầu truy nhập ngẫu nhiên có thể trực giao hoặc không trực giao với dữ liệu ngƣời sử dụng. Trong WCDMA phần mở đầu là không trực giao với việc truyền dữ liệu hƣớng lên. Điều này cung cấp lợi ích của việc không có sự cấp phát nửa –tĩnh (semi-statically) bất kỳ nguồn tài nguyên cho truy nhập ngẫu nhiên. Tuy nhiên, với việc điều khiển sự nhiễu của truy nhập ngẫu nhiên – tới – dữ liệu, công suất truyền của phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên phải đƣợc điều khiển cẩn thận. Trong WCDMA, điều này đƣợc giải quyết thông qua việc sử dụng một thủ tục dốc-công suất( power-ramping), mà thiết bị đầu cuối sẽ tăng dần dần công suất của phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên cho đến khi nó đƣợc phát hiện thành công tại trạm gốc. Mặc dù đây là một giải pháp phù hợp với vấn đề nhiễu, thủ tục dốc tạo ra một độ trễ trong thủ tục truy nhập ngẫu nhiên toàn bộ. Do đó, từ quan điểm sự trễ, một thủ tục truy nhập ngẫu nhiên không đòi hỏi dốc công suất là có lợi. Trong LTE, việc truyền tải phần tiêu đề truy nhập ngẫu nhiên có thể đƣợc thực hiện trực giao với truyền dẫn dữ liệu ngƣời dùng hƣớng lên, và kết quả là không có sự dốc công suất là cần thiết ( mặc dù các thông số kỹ thuật tất cả đều cho phép dốc công suất). Trực giao giữa việc truyền dữ liệu ngƣời dùng từ các thiết bị đầu cuối khác và các cố gắng truy nhập ngẫu nhiên là đạt đƣợc trong cả hai miền thời gian và miền tần số. Mạng thông tin quảng bá tới tất cả các thiết bị đầu cuối mà trong đó việc truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên các tài nguyên thời gian – tần số là đƣợc cho phép. Để tránh can nhiễu giữa dữ liệu và phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên, mạng tránh việc lập lịch biểu truyền dẫn hƣớng lên bất kỳ trong các nguồn tài nguyên thời gian- tần số đó. Điều này đƣợc minh họa trong hình 5.4. Từ những đơn vị thời gian cơ bản cho truyền dữ liệu trong LTE là 1ms, một khung con đƣợc dành riêng cho truyền dẫn phần mở đầu. Trong phạm vi các tài nguyên dành riêng, phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên đƣợc truyền. Trong miền tần số, phần mở dầu truy nhập ngẫu nhiên có một băng thông tƣơng ứng với sáu khối tài nguyên ( 1,08MHz). Điều này phù hợp với cả băng thông nhỏ nhất mà trong đó LTE có thể hoạt động. Do đó, cấu trúc phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên tƣơng tự nhau có thể đựoc sử dụng, bất kể băng thông truyền dẫn của ô. Đối với các triển khai sử dụng các cấp phát phổ lớn hơn, nhiều các tài nguyên truy nhập ngẫu nhiên có thể đƣợc xác định trong miền tần số, cung cấp một khả năng truy nhập ngẫu nhiên tăng lên. 113 Hình 5.4 Minh họa cơ bản cho truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên Một thiết bị đầu cuối thực hiện một cố gắng truy cập ngẫu nhiên, trƣớc khi truyền dẫn phần mở đầu, đạt đƣợc đồng bộ đƣờng xuống từ thủ tục dò tìm ô. Tuy nhiên, sự định thời đƣờng lên là ( nhƣ đã thảo luận ) chƣa đƣợc thiết lập. Khởi đầu của một khung đƣờng lên tại thiết bị đầu cuối là đƣợc định nghĩa tƣơng đối với sự bắt đầu của khung đƣờng xuống tại thiết bị đầu cuối. Do trễ lan truyền giữa trạm gốc và thiết bị đầu cuối, việc truyền dẫn hƣớng lên do đó sẽ bị chậm trễ tƣơng đối với sự định thời truyền dẫn hƣớng xuống tại trạm gốc. Vì vậy, khi khoảng cách giữa thiết bị đầu cuối và trạm gốc là chƣa biết, sẽ có một sự không chắc chắn trong việc định thời hƣớng lên tƣơng ứng với hai lần khoảng cách giữa trạm gốc và thiết bị đầu cuối, lên tới 6,7µs/km. Để tính toán cho sự không chắc chắn này và để tránh gây nhiễu với các khung con tiếp theo không đƣợc sử dụng, một khoảng thời gian bảo vệ đƣợc sử dụng, mà do đó chiều dài thực tế của phần mở đầu là ngắn hơn 1ms. Đƣợc minh họa trong hình 5.5, độ dài phần mở đầu và khoảng thời gian bảo vệ. Hình 5.5 Định thời phần mở đầu tại eNodeB cho các người sử dụng truy nhập ngẫu nhiên khác nhau Với chiều dài phần mở đầu khoảng 0,9ms, có 0,1ms thời gian bảo vệ cho phép kích thƣớc ô lên tới 15km. Trong các ô lớn hơn mà thời gian định thời là không chắc chắn thì thời gian bảo vệ có thể lớn hơn thời gian bảo vệ cơ bản, thời gian bảo 114 vệ bổ sung có thể đƣợc tạo ra bằng cách không lập lịch biểu mọi truyền dẫn hƣớng lên trong khung con sau nguồn tài nguyên truy nhập ngẫu nhiên. Các chuỗi phần mở đầu đƣợc chia thành các nhóm của 64 chuỗi trong mỗi nhóm. Nhƣ một phần của cấu hình hệ thống, mỗi ô đƣợc cấp phát một nhóm nhƣ vậy bằng cách xác định một hoặc một vài chuỗi Zadoff–Chu gốc và sự dịch vòng cần thiết để tạo ra tập các phần mở đầu. Số lƣợng các nhóm là phải đủ lớn để tránh đƣợc sự cần thiết phải lập kế hoạch chuỗi cẩn thận giữa các ô. Khi thực hiện một cố gắng truy nhập ngẫu nhiên, thiết bị đầu cuối sẽ chọn một chuỗi ngẫu nhiên từ tập các chuỗi đƣợc cấp phát cho các ô mà thiết bị đầu cuối đang cố gắng truy nhập. Một khi không có thiết bị đầu cuối nào khác đang thực hiện một cố gắng truy nhập ngẫu nhiên bằng cách sử dụng chuỗi tƣơng tự tại thời điểm tức thời tƣơng tự, không có xung đột sảy ra và cố gắng này sẽ có một khả năng cao đƣợc phát hiện bởi mạng. Xử lý trạm gốc là việc thực hiện riêng, nhƣng nhờ có tiền tố vòng kèm trong phần mở đầu nên việc xử lý trong miền tần số có độ phức tạp thấp. Một ví dụ của quy chế này đƣợc minh họa trong hình 5.6. Hình 5.6 Sự phát hiện phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên trong miền tần số Các mẫu trên một cửa sổ đƣợc thu thập và đƣợc chuyển đổi nó thành biểu diễn trên miền tần số bằng cách sử dụng một FFT. Chiều dài của sổ là 0,8ms, tƣơng đƣơng với chiều dài của chuỗi ZC mà không có một tiền tố vòng. Điều này cho phép xử lý định thời không chắc chắn lên tới 0,1ms và phù hợp với thừoi gian bảo vệ đƣợc xác định. Đầu ra của FFT, thể hiện cho tín hiệu nhận đƣợc trong miền tần số, đƣợc nhân lên với sự biểu diễn trong miền tần số liên hợp phức của chuỗi Zadoff–Chu gốc và các kết quả đƣợc cho qua một IFFT. Bằng cách quan sát các đầu ra IFFT, có thể phát 115 hiện đƣợc những thay đổi của chuỗi Zadoff–Chu gốc đã đƣợc truyền và trễ của nó. Về cơ bản, một đỉnh của IFFT đầu ra trong khoảng i là tƣơng ứng với chuỗi dịch chuyển chu kỳ thứ i và trễ đƣợc đƣa ra bởi vị trí của đỉnh trong khoảng. Điều này thực hiện trong miền tần số đƣợc tính toán hiệu quả và cho phép phát hiện nhiều cố gắng truy nhập ngẫu nhiên bằng cách sử dụng các chuỗi dịch vòng khác nhau đƣợc tạo ra từ chuỗi Zadoff–Chu gốc; trong trƣờng hợp có nhiều các cố gắng truy nhập sẽ chỉ đơn giản là một đỉnh trong mỗi khoảng tƣơng ứng. 5.2.2. Bƣớc 2 : Đáp ứng truy nhập ngẫu nhiên Để đáp ứng các cố gắng truy nhập ngẫu nhiên đƣợc phát hiện, khi ở bƣớc thứ hai của thủ tục truy nhập ngẫu nhiên mạng sẽ truyền một thông điệp trên DL-SCH, có chứa :  Chỉ số của chuỗi phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên mạng đã phát hiện và với phản hồi này là hợp lệ.  Tính toán hiệu chỉnh định thời bằng cách thu nhận phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên.  Một sự trợ cấp lập lịch biểu, chỉ ra các nguồn tài nguyên mà thiết bị đầu cuối đƣợc sử dụng cho việc truyền tải các thông điệp trong bƣớc thứ ba.  Một nhận dạng tạm thời đƣợc sử dụng cho truyền thông đƣợc tiếp diễn giữa thiết bị đầu cuối và mạng. Trong trƣờng hợp mạng phát hiện nhiều các cố gắng truy nhập ngẫu nhiên ( từ các thiết bị đầu cuối khác nhau ), các thông điệp phản hồi riêng lẻ của nhiều các thiết bị đầu cuối di động có thể đƣợc kết hợp vào trong một truyền dẫn đơn. Vì vậy, thông điệp phản hồi đƣợc lập lịch biểu trên DL-SCH và đƣợc chỉ ra trên một kênh điều khiển L1/L2 bằng cách sử dụng một nhận dạng dành riêng cho phản hồi truy nhập ngẫu nhiên. Tất cả các thiết bị đầu cuối đã đƣợc truyền một phần mở đầu giám sát các kênh điều khiển L1/L2 cho phản hồi truy nhập ngẫu nhiên. Sự định thời của thông điệp phản hồi là không cố định trong các đặc tả kỹ thuật nhằm có thể đáp ứng đầy đủ nhiều các truy nhập đồng thời. Nó cũng cung cấp một vài sự linh hoạt trong việc vận hành trạm gốc. Miễn là các thiết bị đầu cuối thực hiện truy nhập ngẫu nhiên trong cùng nguồn tài nguyên thì các phần mở đầu khác nhau đƣợc sử dụng, nếu không xung đột sẽ sảy ra và từ việc truyền tín hiệu đƣờng xuống điều này rõ dàng là với các thiết bị đầu cuối mà có thông tin là bị liên quan. Tuy nhiên, có một xác xuất nhất định của sự tranh chấp, đó là nhiều các thiết bị đầu cuối sử dụng phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên giống nhau cùng một lúc. Trong trƣờng hợp này, nhiều các thiết bị đầu cuối sẽ phản ứng lại khi thông điệp phản hồi đƣờng xuống diễn ra cùng lúc và một sự xung đột sẽ sảy ra. Việc giải quyết ác xung đột là một phần của các bƣớc tiếp theo nhƣ đƣợc 116 trình bày dƣới đây. Tranh chấp cũng là một trong các nguyên nhân mà tại sao HARQ không đƣợc sử dụng cho truyền dẫn các phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên. Một thiết bị đầu cuối nhận một phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên đƣợc dành cho thiết bị đầu cuối khác thì sẽ có sự định thời hƣớng lên không chính xác. Nếu HARQ có thể đƣợc dùng, sự định thời của ACK/NACK cho thiết bị đầu cuối nhƣ vậy sẽ không đúng và có thể gây nhiễu cho tín hiệu điều khiển hƣớng lên từ các ngƣời sử dụng khác. Sau khi thu nhận phẩn hồi truy nhập ngẫu nhiên ở bƣớc hai, thiết bị đầu cuối sẽ hiệu chỉnh định thời truyền dẫn hƣớng lên và tiếp tục tới bƣớc ba. 5.2.3. Bƣớc 3: Nhận dạng thiết bị đầu cuối Sau bƣớc thứ hai, hƣớng lên của các thiết bị đầu cuối là đã đƣợc đồng bộ về thời gian. Tuy nhiên, trƣớc khi dữ liệu ngƣời sử dụng có thể đƣợc truyền tới / từ thiết bị đầu cuối, một sự nhận dạng duy nhất trong ô ( C-RNTI) phải đƣợc gán cho thiết bị đầu cuối. Tùy thuộc vào trạng thái thiết bị đầu cuối, cũng có thể cần phải trao đổi thông điệp bổ sung. Trong bƣớc thứ ba, thiết bị đầu cuối trao đổi các thông điệp cần thiết với mạng bằng cách sử dụng các nguồn tài nguyên đã đƣợc phân công trong phẩn hồi truy nhập ngẫu nhiên ở bƣớc thứ hai. Truyền dẫn thông điệp hƣớng lên theo cách giống nhƣ với việc lập lịch biểu dữ liệu hƣớng lên thay vì gắn nó vào phần mở đầu trong bƣớc đầu tiên là có lợi vì một số lý do. Thứ nhất, số lƣợng thông tin đƣợc truyền trong là thiếu sự đồng bộ hƣớng lên nên phải đƣợc hạn chế tối đa là cần thiết phải có khoảng thời gian bảo vệ lớn nhƣ vậy sẽ làm cho việc truyền dẫn là tƣơng đối tốn kém. Thứ hai, việc sử dụng kế hoạch truyền dẫn hƣớng lên “ thông thƣờng” cho phép việc truyền dẫn thông điệp với sự trợ giúp kích thƣớc và phƣơng án điều chế cần phải đƣợc điều chỉnh, ví dụ, với các điều kiện vô tuyến khác nhau. Cuối cùng, nó cho phép HARQ với kết hợp mềm cho thông điệp hƣớng lên. Sau đó là một khía cạnh quan trọng, đặc biệt là trong các tình huống mà sự phủ sóng bị hạn chế, khi đó nó cho phép sử dụng một hoặc một vài việc truyền phát lại để thu thập đủ năng lƣợng cho tín hiệu hƣớng lên nhằm đảm bảo một xác suất đủ lớn của truyền dẫn thành công. Lƣu ý, việc truyền phát lại RLC là không đƣợc sử dụng cho tín hiệu RRC hƣớng lên ở trong bƣớc ba. Một phần quan trọng của thông điệp hƣớng lên là bao gồm nhận dạng thiết bị đầu cuối mà việc nhận dạng này đƣợc sử dụng nhƣ một phần của cơ chế giải quyết tranh chấp trong bƣớc thứ tƣ. Trong trƣờng hợp thiết bị đầu cuối là ở trong chế độ LTE_ACTIVE ( LTE_tích cực), đó là đƣợc kết nối đến một ô đã biết và do đó có một C-RNTI đƣợc gán, C-RNTI này đƣợc sử dụng nhƣ nhận dạng thiết bị đầu cuối trong thông điệp hƣớng lên. Nếu không thì một nhận dạng thiết bị đầu cuối mạng 117 lõi đƣợc sử dụng và mạng truy nhập vô tuyến cần phải tham gia vào mạng lõi trƣớc khi trả lời thông điệp đƣờng lên ở trong bƣớc 3. 5.2.4. Bƣớc 4: Giải quyết tranh chấp Bƣớc cuối cùng trong thủ tục truy nhập ngẫu nhiên gồm một thông điệp đƣờng xuống cho giải quyết tranh chấp. Lƣu ý rằng, từ bƣớc hai, nhiều các thiết bị đầu cuối thực hiện cố gắng truy nhập ngẫu nhiên đồng thời bằng cách sử dụng chuỗi phần mở đầu tƣơng tự nhau trong bƣớc đầu tiên để lắng nghe thông điệp phản hồi tƣơng tự ở trong bƣớc thứ hai và do đó có sự nhận dạng tạm thời tƣơng tự nhau. Do đó, trong bƣớc thứ tƣ, mỗi thiết bị đầu cuối tiếp nhận thông điệp đƣờng xuống sẽ so sánh nhận dạng trong thông điệp với nhận dạng chúng đƣợc truyền trong bƣớc thứ ba. Chỉ một thiết bị đầu cuối mà quan sát thấy một sự phù hợp giữa nhận dạng nhận đƣợc trong bƣớc thứ tƣ và nhận dạng đƣợc truyền nhƣ là một phần của bƣớc thứ ba sẽ khai báo thủ tục truy nhập ngẫu nhiên thành công. Nếu thiết bị đầu cuối chƣa đƣợc gán một C-RNTI, nhận dạng tạm thời từ bƣớc thứ hai là đƣợc nâng cấp tới C- RNTI. Thông điệp giải quyết tranh chấp là đƣợc truyền trên DL-SCH, bằng cách sử dụng nhận dạng tạm thời từ bƣớc thứ 2 cho việc gán địa chỉ thiết bị đầu cuối trên kênh điều khiển L1/L2. Từ khi đồng bộ hƣớng lên đã đƣợc thiết lập, HARQ đƣợc áp dụng cho tín hiệu đƣờng xuống trong bƣớc này. Các thiết bị đầu cuối có sự phù hợp giữa nhận dạng mà chúng đƣợc truyền trong bƣớc thứ ba và thông điệp chúng nhận đƣợc trong bƣớc thứ tƣ cũng sẽ truyền một xác nhận HARQ trong hƣớng lên. Các thiết bị đầu cuối mà không tìm thấy sự phù hợp giữa nhận dạng nhận đƣợc trong bƣớc thứ tƣ và nhận dạng đƣợc truyền tƣơng ứng nhƣ là một phần của bƣớc thứ ba thì đƣợc coi nhƣ là đã thất bại trong thủ tục truy nhập ngẫu nhiên và cần phải khởi động lại thủ tục truy nhập ngẫu nhiên từ bƣớc đầu tiên. Rõ dàng là không có phản hồi HARQ đƣợc truyền từ những thiết bị đầu cuối này. 118 CHƢƠNG 6 – TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI LTE TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM 6.1. Triển khai LTE trên thế giới Theo các cuộc khảo sát gần đây có hơn 80% nhà cung cấp dịch vụ di động (telco) trên thế giới hiện đang sử dụng công nghệ GSM (gồm GSM, GPRS/EDGE, HSPA). Theo giới chuyên gia phân tích và đánh giá, lợi thế về hạ tầng sẵn có và số lƣợng ngƣời sử dụng đông đảo là lý do chính để phát triển thị trƣờng di động băng thông rộng với công nghệ HSPA và tiếp theo sẽ là LTE. Đặc tả kỹ thuật của công nghệ LTE có khả năng tƣơng thích gần nhƣ hoàn hảo với công nghệ nền tảng GSM. Không chỉ GSM, các telco sử dụng công nghệ CDMA cũng không bỏ qua cơ hội chuyển tiếp lên 4G với công nghệ LTE. Bên cạnh sản phẩm mới, hội nghị thế giới di động (MWC) thƣờng niên cũng là nơi các công nghệ mới và định hƣớng phát triển của ngành viễn thông di động đƣợc giới thiệu rộng rãi đến công chúng. Tại MWC 2011 ở Barcelona (Tây Ban Nha), LTE là một trong những đề tài đƣợc quan tâm nhiều nhất. Thực tế cho thấy, hầu hết các hãng sản xuất thiết bị viễn thông hàng đầu thế giới: Alcatel-Lucent, Ericsson, Motorola, Nokia, Nokia Siemens Networks, Huawei, LG Electronics, Samsung, NEC, Fujitsu...đã nhận ra tiềm năng to lớn này và đã cùng bắt tay với các telco lớn trên thế giới (Verizon Wireless, AT&T, France Telecom- Orange, NTT DoCoMo, T-Mobile, China Mobile, ZTE...) thực hiện các cuộc thử nghiệm quan trọng trên công nghệ LTE và đã đạt những thành công đáng kể. Trong đó, Nokia Siemens Networks đã công bố thử nghiệm thành công LTE với tốc độ lên đến 173Mbps trong môi trƣờng đô thị với nhiều thuê bao cùng lúc trên tần số 2,6GHz, băng thông 20MHz. Alcatel-Lucent thông báo đã thử nghiệm thành công LTE với tốc độ tải về đạt 80Mbps. ZTE (Trung Quốc) cũng cho biết đã trình diễn thành công LTE với mức tốc độ tải về 130Mbps. Tiếp đó, Motorola cũng tuyên bố, họ đã cộng tác với các nhà khai thác di động của Anh hoàn thành cuộc thử nghiệm kết nối ngoài trời đối với công nghệ LTE, tần số 700MHz và 2,6GHz. Mới đây, Motorola tiếp tục công bố họ đã hoàn tất thử nghiệm giai đoạn một công nghệ TD-LTE (TD Mode – LTE) với Bộ Công nghiệp và CNTT (MIIT) Trung Quốc, tốc độ tải xuống thực tế đạt đƣợc 80Mbps. Các cuộc thử nghiệm và trình diễn này đã chứng tỏ khả năng tuyệt vời của công nghệ LTE và khả năng thƣơng mại hóa LTE đã đến rất gần. Kế hoạch thử nghiệm và triển khai công nghệ LTE vẫn đang đƣợc các công ty trên cùng hợp tác thúc đẩy và đến nay đã chính thức có dịch vụ LTE thƣơng mại. 119 Thƣơng mại h a Trong cuộc chạy đua để trở thành để trở thành nhà khai thác mạng đầu tiên đƣa vào vận hành thƣơng mại các dịch vụ LTE, TeliaSonera đã về đích sớm nhất. TeliaSonera là telco đầu tiên trên thế giới thƣơng mại hóa công nghệ LTE tại hai thủ đô Stockholm (Thụy Điển) và Oslo (Na Uy) vào năm 2010 và tiếp tục triển khai sang Phần Lan. Song hành với chiến dịch triển khai mạng 4G LTE, TeliaSonera cũng tiếp tục mở rộng mạng Turbo-3G (công nghệ HSPA) nhằm tăng dung lƣợng và khu vực phủ sóng. Trong năm nay, TeliaSonera tiếp tục mở rộng mạng 4G đến 25 thành phố lớn của Thụy Điển và 4 thành phố của Na Uy. Hãng này sử dụng công nghệ LTE tần số 2,6GHz cùng với băng thông 20MHz, tốc độ tối đa lên đến 100Mbps. Telstra (Úc) là một trong những nhà mạng đầu tiên trên thế giới chính thức xác nhận về việc triển khai LTE của mình một cách rộng rãi. Theo nhà mạng này, họ sẽ thử nghiệm LTE từ cuối năm 2011 tại khu vực trung tâm các thành phố lớn của Úc. Song song đó, Ericsson có thể là nhà sản xuất thiết bị đầu tiên phát triển các hạ tầng phục vụ hệ thống mạng trên tần số 1.800 MHz. Và Sierra Wireless cũng sẽ đƣa ra thị trƣờng các thiết bị “lƣỡng tính” hỗ trợ ngƣời dùng tƣơng thích ngƣợc với hệ mạng 3G khi ra khỏi vùng phủ sóng LTE. Theo Wireless Intelligence, có khoảng 10-15 mạng LTE đƣợc đƣa vào phục vụ vào cuối năm 2010 và lên đến 30 mạng vào cuối năm 2012. Tại thị trƣờng Mỹ, Verizon Wireless cho biết, mạng LTE của họ sẽ sử dụng phổ 10MHz và hỗ trợ tốc độ từ 5Mbps -12Mbps. Đại diện hãng Verizon Wireless cho biết, những chiếc điện thoại LTE đầu tiên của hãng sẽ có hai bộ chip vô tuyến. Vì vậy, chúng sẽ làm việc trên cả mạng LTE và mạng viễn thông trên công nghệ CDMA hiện nay. Verizon Wireless dự kiến sẽ cho ra mắt chiếc điện thoại không dây đầu tiên tích hợp công nghệ LTE vào giữa năm 2011. Ericsson và Alcatel-Lucent là các đối tác cung cấp thiết bị cho mạng LTE của Verizon Wireless. Tiếp theo, AT&T cũng có kế hoạch thƣơng mại hóa LTE vào năm 2011. Hãng này tuyên bố có đủ băng thông 20MHz dành cho LTE để phủ sóng cho hơn 100 thành phố lớn nhất của Mỹ. NTT DoCoMo là nhà khai thác di động đầu tiên của Nhật Bản thử nghiệm thành công LTE với tốc độ đạt đến 250Mbps tuyên bố sẽ bắt đầu đƣa ra các dịch vụ LTE từ 2010. Giai đoạn đầu mạng LTE của NTT DoCoMo sẽ sử dụng tần số 2GHz, băng thông 15MHz và anten MIMO cho khoảng 20 nghìn trạm gốc. Và đến cuối năm 2012 sẽ chuyển sang sử dụng tần số 1,5GHz. Hiện nay, Ericsson cũng là hãng cung cấp cơ sở hạ tầng mạng cho NTT DoCoMo. Song hành với NTT DoCoMo KDDI, các telco nhƣ KDDI, Softbank Mobile, eMobile đều đã đƣợc cơ quan quản lý viễn thông Nhật Bản – Bộ nội chính và truyền thông (MIC) phê chuẩn kế hoạch triển khai mạng LTE. Cơ quan phát triển 120 Viễn thông và CNTT Singapore (IDA) đang cân nhắc về việc cho ra mắt băng tần LTE và WiMAX vào năm 2012, trƣớc 3 năm so với thời gian dự kiến ban đầu. Cùng lúc này, cả ba nhà khai thác di động Singtel, StarHub và MobileOne cũng cho lắp đặt thử nghiệm dịch vụ LTE tần số 2,5GHz. Tại triển lãm CES hồi đầu năm tại Las Vegas, Verizon Wireless đã giới hạn thiệu rất nhiều sản phẩm sử dụng công nghệ LTE : gồm 3 mẫu tablet, 4 mẫu smartphone, 2 mẫu laptop và một mẫu hotspot di động. Tất cả chúng đến từ 4 đơn vị OEM khác nhau, sử dụng 4 loại chipset không dây khác nhau. Hiện đã có 10 mạng di động (MNO) hỗ trợ LTE trên phạm vi toàn cầu. Dự kiến trong 2011 sẽ có thêm 30 MNO khác. Về phía WiMAX, đa số các MNO tập trung ở châu Âu, tiếp đến là châu Á – TBD, vùng Trung Đông rồi mới đến Mỹ. Đại diện các nhà mạng với số thuê bao lớn nhất thế giới nhƣ China Mobile (Trung Quốc) hay Bharti Airtel (Ấn Độ) đã liên kết thành lập nhóm phát triển chuẩn LTE gọi tắt là GTI. Chủ tịch Softbank (Nhật) Masayoshi Son cho biết nhà mạng này cũng ủng hộ việc đƣa LTE trở thành chuẩn mạng thế hệ tiếp theo dựa trên các ƣu điểm giá thành thấp, tốc độ mạng cao và hiệu suất tần số tốt hơn hẳn các hệ mạng khác. Ông cũng chỉ ra rằng số đông luôn đóng vai trò quyết định trong các vấn đề tƣơng tự và vì thế với 2/3 dân số thế giới, khi hậu thuẫn cho LTE, các nhà mạng Châu Á gần nhƣ đã quyết định xong số phận của một chuẩn mạng 4G chung cho toàn cầu. Theo số liệu của Hiệp hội các nhà sản xuất di động toàn cầu GSA, tới giữa năm 2010, thế giới đã có 80 nhà mạng tại 33 quốc gia cam kết phát triển lên LTE, trong đó có 21 nhà mạng ở khu vực châu Á-Thái Bình Dƣơng. Tại Đông Nam Á đã có M1, SingTel và StarHub đều ở Singapore triển khai LTE. Các nhà phát triển thiết bị Qualcomm cũng đã thông báo một lộ trình sản phẩm mới, bổ sung công nghệ 4G LTE cho tất cả các modem Gobi của họ. Dựa trên sự thành công của Gobi, Qualcomm (đối tác của các hãng sản xuất máy tính: Sony, Acer, Lenovo, Dell, HP...) chuẩn bị tập trung vào các dòng sản phẩm: e-reader, thiết bị chơi game, modem USB và các ứng dụng thƣơng mại M2M (mobile to mobile – di động tới di động). Các chipset mới gồm: MDM9200 hỗ trợ tốc độ lên đến 100Mbps, tƣơng thích ngƣợc với HSPA, MDM9600 hỗ trợ tốc độ 100Mbps, tƣơng thích ngƣợc với HSPA+ và EV-DO (Rev. A và Rev. B). Cũng tại MWC, RIM - nhà sản xuất nổi tiếng với sản phẩm BlackBerry - xác nhận kết nối LTE sẽ đƣợc trang bị cho dòng sản phẩm mới PlayBook của mình từ giữa năm 2011. “PlayBook là máy tính bảng chuyên nghiệp đầu tiên dành cho những ngƣời thực sự muốn hoàn tất mọi việc” - Đại diện RIM cho biết. Và với 121 mong muốn giúp ngƣời dùng tận dụng đƣợc hết mọi chức năng của sản phẩm, một kết nối mạnh mẽ nhƣ LTE chính là yêu cầu không thể thiếu cho PlayBook. Trong khi đó, với khoảng 170 thiết bị di động đang chính thức hoạt động trên hệ điều hành Android, Google ủng hộ mạnh mẽ LTE. Eric Schmidt - CEO của Google - cho rằng “LTE sẽ là nền tảng cho những ứng dụng mạnh mẽ mà hiện giờ chúng ta chỉ mới tƣởng tƣợng đến”. Ông tin tƣởng rằng thiết bị di động với hệ điều hành mở (nhƣ Android), điện toán đám mây, và hạ tầng LTE chính là những điều kiện đƣa con ngƣời bƣớc vào giai đoạn mới của sự phát triển công nghệ. Samsung Craft là chiếc điện thoại 4G đầu tiên tính cho đến thời điểm này sử dụng công nghệ không dây tốc độ cao LTE. Cũng theo Samsung, nhà mạng MetroPCS (Mỹ) LTE đầu tiên sẽ đƣợc chọn là đơn vị phân phối chính thức của mẫu máy này sau khi vƣợt qua các đối thủ tên tuổi khác nhƣ Verizon, AT&T, T-Mobile, và Cricket. Cƣớc dữ liệu hàng tháng là 55 USD. Hình 6.1 Samsung Craft - Chiếc điện thoại 4G sử dụng mạng LTE đầu tiên trên thế giới Nhà khai thác dịch vụ viễn thông TeliaSonera đã liên kết với hãng điện tử Samsung để giới thiệu chiếc MTXT có hỗ trợ dịch vụ LTE tại Thụy Điển. Đó là chiếc MTXT X430 của Samsung có khối lƣợng 2kg, màn hình 14” (đƣờng chéo 35,6 cm) và bộ vi xử lý i3 của Intel. Bên cạnh việc hỗ trợ LTE, X430 cũng dùng đƣợc với mạng 3G hay GSM để truy cập Internet. 122 Hình 6.2 Laptop X430 Theo tin từ TeliaSonera và Samsung, X430 là chiếc MTXT hỗ trợ LTE đầu tiên có mặt trên thị trƣờng. Cũng tại cuộc triển lãm điện tử tiêu dùng quốc tế CES 2011 tại Las Vegas, Mỹ hồi tháng trƣớc, hãng viễn thông Verizon đã thông báo trong thời gian tới sẽ có 2 chiếc MTXT của HP hỗ trợ LTE. Verizon vẫn chƣa cho biết thời điểm cụ thể tung ra 2 MTXT này, chỉ nói chúng sẽ sớm có mặt, vào giữa năm nay. Các sản phẩm của Verizon không thể truy cập vào hệ thống mạng LTE của TeliaSonera và ngƣợc lại. Do cả hai nhà khai thác viễn thông này sử dụng công nghệ mạng di động thế hệ mới LTE với các dải băng tần khác nhau. TeliaSonera cũng không hề “hé lộ” về kế hoạch tung ra các sản phẩm điện thoại thông minh và những thiết bị khác tƣơng thích với LTE, nhƣng họ có tiết lộ rằng số lƣợng thiết bị mới hỗ trợ LTE sẽ dần xuất hiện trong năm nay và cả năm tới. 6.2. Triển khai LTE tại VIỆT NAM Bộ TT&TT vừa cho biết hiện đang hoàn thiện thủ tục để cấp phép thử nghiệm LTE cho EVN Telecom và Gtel. Nhƣ vậy, đã có 7 doanh nghiệp đƣợc thử nghiệm công nghệ tiền 4G này. Hình 6.3 Ericsson phối hợp với Cục Tần số Vô tuyến điện thử nghiệm công nghệ LTE tại Hà Nội. 123 Trƣớc đó, Bộ TT&TT đã đồng ý cho VNPT, Viettel, FPT Telecom, CMC và VTC đƣợc thử nghiệm mạng di động công nghệ LTE. Thời gian thử nghiệm là 1 năm. Theo Luật Viễn thông, các doanh nghiệp sẽ phải đấu giá tần số để lấy giấy phép này. Sau khi đấu giá, các doanh nghiệp có thể chuyển nhƣợng tần số nếu muốn. Việc đấu giá tần số là nhằm tránh tình trạng xin giấy phép để “giữ chỗ”. Ngày 10/10/2010, VNPT đã tuyên bố hoàn thành trạm BTS theo công nghệ LTE đầu tiên đặt tại tòa nhà Internet, lô 2A, làng Quốc tế Thăng Long, Cầu Giấy, Hà Nội với tốc độ truy cập Internet có thể lên đến 60 Mbps. Giai đoạn 1 dự án thử nghiệm cung cấp dịch vụvô tuyến băng rộng công nghệ LTE của VNPT sẽ đƣợc VDC triển khai với 15 trạm BTS tại Hà Nội, bán kính phủ sóng mỗi trạm khoảng 1km. Hình 6.4 Trạm gốc LTE Về phía Viettel, tập đoàn này cũng cho biết, sẽ phối hợp với Huawei tiến hành lắp đặt, tích hợp thiết bị LTE tại quận Tân Bình, TP.HCM. Trƣớc đó, Viettel cũng đã tiến hành thử nghiệm ở Hà Nội. Cụ thể, Viettel sẽ tiến hành thử nghiệm một hệ thống mạng mới hoàn chỉnh với 40 trạm LTE tại hai quận Đống Đa và Ba Đình. Sau đó, dự kiến trong quý 1/2011, Viettel sẽ cung cấp dịch vụ 4G cho một số khách hàng dùng thử.Mạng này cho biết, khi triển khai, mạng 4G sẽ không ảnh hƣởng đến chất lƣợng mạng 3G và 2G đang cung cấp cho khách hàng. Theo giới chuyên môn, từ khi Việt Nam bắt đầu thử nghiệm công nghệ 3G đến khi chính thức thƣơng mại hóa đã mất tới 6 năm. Vì vậy, một vài năm tới sẽ không phải là thời điểm thích hợp để triển khai công nghệ này. Theo Luật Viễn thông, các doanh nghiệp sẽ phải đấu giá tần số để lấy giấy phép này. Sau khi đấu giá, các doanh nghiệp có thể chuyển nhƣợng tần số nếu muốn. Việc đấu giá tần số là nhằm tránh tình trạng xin giấy phép để “giữ chỗ”. Bộ TT&TT cho biết sắp tới Bộ sẽ tiến hành tổng kết 1 năm cấp phép triển khai dịch vụ di động 3G. Việc tổng kết này sẽ tập trung đánh giá hiệu quả và bài học kinh nghiệm trong quá trình triển khai mạng 3G. Đây sẽ là cơ sở quan trọng để Bộ TT&TT để tiến hành cấp phép 4G trong thời gian tới. 124 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Công nghệ LTE là một công nghệ mới, đã và đang đƣợc tiếp tục nghiên cứu và triển khai trên toàn thế giới, với khả năng truyền tải 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. Vì vậy việc tìm hiểu về công nghệ LTE là cần thiết và có ý nghĩa thực tế. Trong đồ án này em đã đề cập một cách tổng quan về công nghệ LTE, trọng tâm gồm các phần :  Tìm hiểu quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động cho đến nay, giới thiệu về công nghệ LTE.  Tìm hiểu về kiến trúc mạng LTE, các thành phần chính và các giao thức sử dụng.  Nắm bắt đƣợc các công nghệ OFDMA, SC_FDMA và MIMO sử dụng trong giao diện vô tuyến của LTE.  Tìm hiểu về lớp vật lý LTE  Các thủ tục truy nhập LTE  Tình hình triển khai LTE trên thế giới và tại VIỆT NAM LTE là một công nghệ phát triển sau so với WIMAX, nhƣng với các đặc tính tuyệt vời mà nó đem lại, nên hiện nay đã có rất nhiều các nhà mạng lớn trên thế giới đã ủng hộ và lựa chọn để triển khai. Các nhà chế tạo thiết bị đầu cuối cũng đã tiến hành tích hợp công nghệ LTE vào sản phẩm của mình. Tại việt nam thì các nhà mạng cũng đã tiến hành thử ngiệm công nghệ LTE và cũng đã đạt đƣợc những kết quả khả quan. Do vậy, việc nắm bắt công nghệ LTE là hết sức cần thiết. 125 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………….. Ngày tháng năm 2011 ThS. ĐÀM MỸ HẠNH NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ĐỌC DUYỆT ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………….. Ngày tháng năm 2011 ..……………………… 126 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã nhận đƣợc sự giúp đỡ nhiệt tình từ phía các thầy giáo, cô giáo. Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo trong Bộ môn KỸ THUẬT VIỄN THÔNG và các thầy cô trong trƣờng và đặc biệt là thạc sỹ Đàm Mỹ Hạnh đã giúp đỡ và hƣớng dẫn em hoàn thành bản đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội ngày tháng năm 2011 Sinh viên Nguyễn Tuấn Anh 127 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Harri Holma, Antti Toskala (2009) , LTE for UMTS – OFDMA and SC- FDMA Based Radio Access, John Wiley & Sons Ltd. 2. Agilent Technologies (2009), 3GPP Long Term Evolution: System Overview, Product Development,and Test Challenges. 3. Farooq Khan (2009), LTE for 4G Mobile Broadband: Air Interface Technologies and Performance, Cambridge University Press. 4. C.Gessner (2008), UMTS Long Term Evolution (LTE) Technology Introduction, Rohde-Schwarz. 5. Erik Dahlman, Stefan Parkvall, Johan Sköld, Per Beming (2007), 3G EVOLUTION: HSPA and LTE FOR for mobile broadband, Academic Press. 6. Các website tham khảo : www.Thongtincongnghe.com www.Vntelecom.org www.Tapchibcvt.gov.vn www.Tudiencongnghe.net www.Xahoithongtin.com