1

MỤC LỤC
MỤC LỤC 1

LỜI MỞ ĐẦU 3

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 7

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG 10

1.1 Giới thiệu về hệ thống thông tin di động 10
1.1.1. Hệ thống 1G (hệ thống tương tự) 10
1.1.2. Hệ thống 2G ( Digital ) 10
1.1.3. Hệ thống 3G 14
1.1.4. Công nghệ 4G 18
1.2 Những tồn tại và khó khăn về kĩ thuật trong thông tin di động 20
1.3 Môi trường vô tuyến trong thông tin di động 21
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G_LTE 23

2.1 Giới thiệu về công nghệ LTE 23
2.2 Kiến trúc mạng LTE 24
2.2.1 Tổng quan về cấu hình kiến trúc cơ bản hệ thống 26
2.2.2 Thiết bị người dùng ( UE) 28
2.2.3 E-UTRAN NodeB (eNodeB) 28
2.2.4 Thực thể quản lý tính di động (MME) 30
2.2.5 Cổng phục vụ ( S-GW) 33
2.2.6 Cổng mạng dữ liệu gói( P-GW) 36
2.2.7 Chức năng chính sách và tính cước tài nguyên ( PCRF) 38
2.2.8 Máy chủ thuê bao thường trú (HSS) 40

2.3 Các kĩ thuật truy nhập cơ bản trong LTE 40
2.3.1 Hệ thống truyền dẫn: đường xuống OFDMA và đường lên SC-FDMA 40
2.3.2 Công nghệ đa anten MIMO 49
2.3.3 Mô hình hệ thống MIMO-OFDM 53
CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT MIMO VÀ ỨNG DỤNG TRONG LTE 56

3.1 Giới thiệu kỹ thuật MIMO 56
3.1.1 Ưu điểm của kỹ thuật MIMO 56
3.1.2 Khuyết điểm của hệ thống MIMO 57
3.1.3 Dung lượng kênh truyền của hệ thống MIMO 57

2

3.1.4 Mô hình MIMO tổng quát 57
3.2 Kênh SVD MIMO 59
3.2.1 Mô hình kênh SVD MIMO 59
3.2.2 Mô hình hệ thống SVD MIMO tối ưu 64
3.3 Đa anten thu 65
3.3.1 Mô hình kênh phân tập anten thu 65
3.3.2 Sơ đồ kết hợp chọn lọc SC 67
3.3.3 Sơ đồ kết hợp tỷ lệ cực đại MRC 69
3.3.4 Kết hợp loại bỏ nhiễu IRC 71
3.4 Đa anten phát 75
3.4.1 Phân tập phát 75
3.4.2 Phân tập trễ 85
3.4.3 Tạo búp sóng phía phát 90
3.5 Mã hóa không gian- thời gian: 93
3.5.1 Mã hóa Alamouti 95
3.5.2 Orthogonal STBC Tarokh cho số anten phát bất kỳ 96
3.6 Các vấn đề của MIMO trong LTE 100

3.7 Xây dựng hệ thống MIMO trong LTE 101
3.7.1 7 phương thức của MIMO trong LTE Error! Bookmark not defined.
3.7.2 Đa anten trong LTE 103
3.8 Áp dụng của MIMO trong hoạt động 110
KẾT LUẬN 114

TÀI LIỆU THAM KHẢO 115











3

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, chúng ta ai cũng thấy rõ vai trò quan trọng của thông tin di động
bởi khả năng kết nối thông tin mọi lúc mọi nơi. Cùng với sự phát triển của xã hội,
sự bùng nổ thông tin thì thông tin di động cũng liên tục phát triển để đáp ứng
những nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng. Thông tin di động đã có lịch sử
phát triển hơn 30 năm với sự thay đổi mạnh mẽ về công nghệ. Mạng thông tin di
động thế hệ sau ra đời để khắc phục các hạn chế của các mạng thông tin di động
trước đó.
Như mạng thông tin di động thế hệ 3 (3G) của chuẩn UMTS ra đời để khắc
phục các hạn chế của các mạng thông tin di động trước đó và đang được triển khai

rộng rãi. Tuy nhiên, mạng thông tin di động 3G này cũng có những hạn chế như
tốc độ truyền dữ liệu cao nhất là 2Mbps, vẫn chưa đáp ứng yêu cầu ngày càng cao
của người dùng, khả năng đáp ứng các dịch vụ về thời gian thực như hội nghị
truyền hình là chưa cao, rất khó để download các file có dung lượng lớn chưa đáp
ứng các yêu cầu như: khả năng tích hợp các mạng khác chưa tốt, tính mở của mạng
chưa cao, tài nguyên băng tần ít
LTE ( Long Term Evolution) là thế hệ thứ tư (4G) của UMTS do 3GPP xây
dựng. LTE là một nỗ lực phát triển của những người nghiên cứu nhằm tạo ra một
hệ thống thông tin di động có tốc độ truyền tải dữ liệu cao hơn, chất lương tốt hơn,
sử dụng linh hoạt các băng tần hiện có và băng tần mới, đơn gian kiến trúc mạng
với giao tiếp mở, giảm đáng kể năng lương tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối khắc phục
các hạn chế của mạng thông tin di động thế hệ thứ 3.
Luận văn nghiên cứ “ Ứng dụng kỹ thuật MIMO trong thông tin di động
4G_LTE ”, đây là một đề tài kết hợp các kiến thức về mạng viễn thông và thông tin
di động. Để đáp ứng được yêu cầu truyền dữ liệu tốc độ cao ở thế hệ thứ 4 của
thông tin vô tuyến di động thì các hệ thống truyền dẫn đa đầu vào và đa đầu ra

4

(MIMO: Multiple Input Multiple Output) đang là giải pháp công nghệ triển vọng
nhất.
Với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo PGS.TS Đào Ngọc Chiến, tôi đã cố gắng
để hoàn thành tốt Luận văn.
Luận văn gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về Thông tin Di động.
Chương 2: Tổng quan về thông tin di động 4G_LTE.
Chương 3: Kỹ thuật MIMO và Ứng dụng Kỹ thuật MIMO trong LTE.
Do thời gian và trình độ bản thân còn hạn chế, bản Luận văn khó có thể tránh
khỏi các sai xót. Em mong sẽ nhận được sự góp ý của các thầy, cô để Luận văn
được hoàn thiện hơn.

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Đào Ngọc Chiến, người đã trực
tiếp tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình làm Luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Đạo tạo sau Đại học –
Viễn Đại Học Mở Hà Nội đã giúp đỡ em trong thời gian qua.
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè, đồng nghiệp và người thân - những người đã
giúp đỡ động viên tôi trong quá trình học tập và hoàn thiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội, tháng 10 năm 2012



Đinh Hữu Thắng





5

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ
Đề tài: Ứng dụng Kỹ thuật MIMO trong thông tin di đông
4G_LTE
Tác giả luận văn: Đinh Hữu Thắng Khóa: 2010-2012

Người hướng dẫn: PGS.TS Đào Ngọc Chiến
1. Lý do chọn đề tài:
Mạng thông tin di động thế hệ thứ ba 3G đã và đang được triển khai rộng rãi
trên toàn thế giới với nhiều cải tiến nổi bật với khả năng cung ứng truyền thông gói
tốc độ cao nhằm triển khai các dịch vụ truyền thông đa phương tiện.
Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của xã hội, sự bùng nổ thông tin dẫn đến

những nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng thì 3G vẫn còn những hạn chế
như tốc độ truyền dữ liệu, khả năng đáp ứng các dịch vụ về thời gian thực như hội
nghị truyền hình là chưa cao, rất khó để download các file có dung lượng lớn
chưa đáp ứng các yêu cầu như: khả năng tích hợp các mạng khác chưa tốt, tính mở
của mạng chưa cao, tài nguyên băng tần ít
LTE ( Long Term Evolution) là thế hệ thứ tư (4G) của UMTS do 3GPP xây
dựng. LTE là một nỗ lực phát triển của những người nghiên cứu nhằm tạo ra một
hệ thống thông tin di động có tốc độ truyền tải dữ liệu cao hơn, chất lương tốt hơn,
sử dụng linh hoạt các băng tần hiện có và băng tần mới, đơn gian kiến trúc mạng
với giao tiếp mở, giảm đáng kể năng lương tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối
Do vây, để đáp ứng được yêu cầu truyền dữ liệu tốc độ cao ở thế hệ thứ 4 của
thông tin vô tuyến di động thì các hệ thống truyền dẫn đa đầu vào và đa đầu ra
(MIMO: Multiple Input Multiple Output) đang là giải pháp công nghệ triển vọng
nhất. Hệ thống MIMO có thể tăng dung lượng kênh truyền, sử dụng băng thông rất
hiệu quả nhờ ghép kênh không gian, cải thiện chất lượng của hệ thống đáng kể nhờ
vào phân tập tại phía phát và phía thu mà không cần tăng công suất phát cũng như

6

tăng băng thông của hế thống. Từ những ưu điểm nổi bật của hệ thống MIMO và
việc kết hợp hệ thống MIMO với kỹ thuật điều chế đa sóng mang là một giải pháp
hứa hẹn cho hệ thống thông tin không dây băng rộng tương lai.
2. Mục tiêu :
 Tìm hiểu tổng quan về thông tin di động.
 Trình bầy công nghệ LTE.
 Trình bầy kỹ thuật MIMO và xây dựng mô hình hệ thống MIMO-OFDM.
 Xây dựng hệ thống MIMO trong LTE.
 Hướng triển khai
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Đạo tạo sau Đại học –
Viễn Đại Học Mở Hà Nội, đặc biệt là thầy giáo PGS.TS Đào Ngọc Chiến người đã

trực tiếp tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình làm Luận văn này.
Giáo viên hướng dẫn



PGS.TS Đào Ngọc Chiến







7

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt Tiếng Anh
1G / 2G First/ Second/– Generation wireless communication system
3G / 4G Third/ Fourth/– Generation wireless communication system
3GPP Third Generation Partnership Project
AF Application Functions
AMPS Advanced Mobi Phone System
AWGN Additive White Hau Gaussian Noise
BBERF
Bearer Binding and Event Reporting Function
BER
Bit Error Rate
BPSK Binary Phase Shift Keying
BS Base Station
BU Bad Urban

CCD Cyclic Delay Diversity
CCDF Complementary Cumulative Distribution Function
CCI Co-Channel Interference
CDF Cumulative Distribution Function
CDMA Code Division Multiple Access
CP Cyclic Prefix
CS Circuit Switched
CSI Channel State Information
DAB Digital Audio Broadcasting
DHCP
Dynamic Host Configuration Protocol
DLST Diagonal Layered Space-Time
DVB Digital Video Broadcasting
DVB-T Digital Video Broadcasting – Terrestrial
EGC Equal-Gain Combining
eNodeB Enhanced NodeB
EPC Evolved Packet Core
EPS Evolved Packet System
GINC Group Interference Nulling Cancellation
GSM Global System for Mobile Communications

8

GUTI
Globally Unique temporary Identification
HSDPA High Speed Packet Access
HSS Home Subscriber Service
IDFT/DFT Inverse Discrete Fourier Transform/Discrete Fourier Transform
IFFT/FFT Inverse Fast Fourier Transform/ Fast Fourier Transform
IMT-2000

International Mobile Telecommunications 2000
IMS IP Multimedia Subsystem
IMSI International Mobile Subscriber Identity
LTE
Long Term Evolution
ISI
Inter-Symbol Interference
MIMO Multiple Input Multiple Output
MME Mobility Management Entity
MRC
Maximal Ratio Combining
OFDM
Orthogonal Ferquency Division Multiplexing
P-GW
Packet Data Network Gateway
PCEF
Policy Charging and Rules Function
PCRF
Policy charging and rules function
PDN/ PDN-GW
Packet Data Network/ Packet Data Network Gateway
PMIP
Proxy Mobile IP
QPSK
Quadrature Phase Shift Keying
RRM
Radio Resources Management
RNC Radio Network Controller
RTMI Radio Telefono Mobile Integrato
S-GW Serving Gateway

SC-FDM
Single Carrier Frequency Division Multiple Access
SDMA
Space-Division Multiple Access
SFBC
Space Frequency Block Code
SIMO
Single Input Multi Output
SISO
Single Input Single Oput
SNR Single to Noise Ratio
STBC Space-Time Block Coding
STTC Space-Time Trellis Coding

9

STTD Space Time Transmit Diversity
SU-MIMO Single User Multiple Input Multiple Output
SVD Singular Value Diagonal
TDM/TDMA Time Division Multiplexing /Time Division Multiple Access
UE User Equipment
USIM Universal Subcriber Identity Module
UICC Universal Integrated Circuit Card
UMTS Universal Mobile Telecommunications Systems
V-BLAST Vertical-Bell Lab Layered Space-Time
E-UTRAN Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network
WCDMA/MC-
WCDMA
Wideband Code Division Multiple Access/ Multi-Carrier
Wideband Code Division Multiple Access

ZF Zero-Forcing














10

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG
1.1 Giới thiệu về hệ thống thông tin di động
1.1.1. Hệ thống 1G (hệ thống tương tự)
1.1.1.1. Lịch sử phát triển
Công nghệ di động đầu tiên là công nghệ tương tự, là hệ thống truyền tín hiệu
tương tự (analog), là mạng điện thoại di động đầu tiên của nhân loại, được khơi
mào ở Nhật vào năm 1979. Những công nghệ chính thuộc thế hệ thứ nhất này có
thể kể đến là: NMT (Nordic Mobile Telephone) được sử dụng ở các nước Bắc Âu,
Tây Âu và Nga. Cũng có một số công nghệ khác như AMPS (Advanced Mobile
Phone Sytem – hệ thống điện thoại di động tiên tiến) được sử dụng ở Mỹ và Úc;
TACS (Total Access Communication Sytem – hệ thống giao tiếp truy cập tổng
hợp) được sử dụng ở Anh, C-45 ở Tây Đức, Bồ Đào Nha và Nam Phi, Radiocom
2000 ở Pháp; và RTMI ở Italia.

1.1.1.2. Đặc điểm của hệ thống 1G
Hầu hết các hệ thống nều là hệ thống Analog và yêu cầu chuyển dữ liệu chủ
yếu là âm thanh.Với hệ thống này, cuộc gọi có thể bị nghe trộm bởi bên thứ ba.
Một số chuẩn trong hệ thống này là: NTM, AMPS, HICAP, CDPD, Mobitex,
DataTac. Những điểm yếu của thế hệ 1G là dung lượng thấp, xác suất rớt cuộc gọi
cao, khả năng chuyển cuộc gọi không tin cậy, chất lượng âm thanh kém, không có
chế độ bảo mật…do vậy hệ thống 1G không thể đáp ứng được nhu cầu sử dụng .
1.1.2. Hệ thống 2G ( Digital )
Năm 1982, hội nghị quản lý bưu 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.

11

Năm 1988, Trụ sở chuẩn Viễn thông Châu Âu (ETSI–European
Telecommunication Standards Institute) được thành lập, có trách nhiệm biến đổi
nhiều tiến cử kỹ thuật GSM thành chuẩn European.
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 được định hướng
thương 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.
1.1.2.1. Đặc điểm của hệ thống
Hệ thống GSM làm việc trong một băng tần hẹp, dài tần cơ bản từ (890-
960MHz). Băng tần được chia làm 2 phần:
- Uplink band từ (890 – 915) MHz
- Downlink ban từ (935 – 960)MHz
Băng tần gồm 124 sóng mang được chia làm 2 băng, mỗi băng rộng 25MHz,

khoảng cách giữa 2 sóng mang kề nhau là 200KHz. Mỗi kênh sử dụng 2 tần
sốriêng biệt cho 2 đường lên và xuống gọi là kênh song công. Khoảng cách giữa 2
tần số là không đổi bằng 45MHz. Mỗi kênh vô tuyến mang 8 khe thời gian TDMA
và mỗi khe thời gian là một kênh vật lý trao đổi thông tin giữa MS và mạng GSM.
Tốc độ mã từ (6.5- 13)Kbps, 125 kênh tần số được đánh số từ 0 đến 124 được gọi
là kênh tần số tuyệt đối ARFCN (Absolute Radio Frequency Channel Number).
Ful(n) = 890 MHz + (0,2MHz) * n
Fdl(n) = Ful(n) + 45MHz
Với 1 <= n <= 124
- Sử dụng các phương pháp đa truy nhập chính là:
+ Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA - Frequency Division Multiple
Access ).

12

+ Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA – Time Division Multiple
Access).
+ Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA – Code Division Multiple Access).
1.1.2.2. Các hệ thống điển hình
Thế hệ thứ hai (2G) xuất hiện vào những năm 90 với mạng di động đầu tiên,
sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA). Trong thời kỳ của
thế hệ thứ hai, nền công nghệ thông tin di động đã tăng trưởng vượt trội cả về số
lượng thuê bao và các dịch vụ giá trị gia tăng. Các mạng thế thứ hai cho phép
truyền dữ liệu hạn chế trong khoảng từ 9.6 kbps đến 19.2 kbps. Các mạng này được
sử dụng chủ yếu cho mục đích thoại và là các mạng chuyển mạch kênh.
Tương tự như trong 1G, không tồn tại một chuẩn chung toàn cầu nào cho 2G,
hiện nay các hệ thống 2G dựa trên 3 chuẩn công nghệ chính sau:
- D- AMPS (Digital AMPS): Được sử dụng tại Bắc Mỹ. D-AMPS đang dần
được thay thế bởi GSM/GPRS và CDMA2000.
- GSM (Global System for Mobile Communications): Các hệ thống triển khai

GSM được sử dụng rất rộng rãi trên thế giới (ngoại trừ Bắc Mỹ, Nhật). Hệ thống
GSM dồn kênh phân chia tần số được sử dụng với mỗi đầu cuối di động truyền
thông trên một tần số và nhận thông tin trên một tần số khác cao hơn (chênh lệch
80MHz trong D-AMPS và 55MHz trong GSM). Trong cả hai hệ thống, phương
pháp dồn kênh phân chia thời gian lại được áp dụng cho một cặp tần số, làm tăng
khả năng cung cấp dịch vụ đồng thời của hệ thống. Tuy nhiên, các kênh GSM rộng
hơn các kênh AMPS (200kHz so với 30kHz) qua đó GSM cung cấp độ truyền dữ
liệu cao hơn D-AMPS
- CDMA (code Division Multiple Access): CDMA sử dụng công nghệ đa
truy cập thông qua mã. Nhờ công nghệ này mà CDMA có thể nâng cao dung lượng
cung cấp đồng thời các cuộc gọi trong một cell cao hơn hẳn so với hai công nghệ
trên.

13

- PDC (Personal Digital Cellular): Là chuẩn được phát triển và sử dụng duy
nhất tại Nhật Bản. Giống như D-AMPS và GSM, PDC sử dụng TDMA.
1.1.2.3. Những ưu nhược điểm của 2G so với 1G và tình hình phát triển
- Những cuộc gọi di động được mã hóa kĩ thuật số. Cho phép tăng hiệu quả
kết nối các thiết bị. Bắt đầu có khả năng thực hiện các dịch vụ số liệu trên điện
thoại di động – khởi đầu là tin nhắn SMS.
Những công nghệ 2G được chia làm hai dòng chuẩn : TDMA (Time – Divison
Mutiple Access : Đa truy cập phân chia theo thời gian), và CDMA ( Code Divison
Multple Access : Đa truy cập phân chia theo mã), tùy thuộc vào hình thức ghép
kênh được sử dụng.
1.1.2.4. GSM Phát triển lên 2.75G

Hình 1.1 Sơ đồ quá trình phát triển 2G lên 2.75G
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 - bước đầu tiên hướng 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 cường
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
GSM HSCSD
EDGE
GPRS

14

dữ liệu cho dịch vụ để thực hiện chuẩn IMT-2000 trong môi trường không lý tưởng
384Kbps tương 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 được các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông GSM sử dụng. Và
giao thức như EDGE cho GSM và CDMA 2000 1x-RTT cho CDMA có thể đạt
chất lượng như các dịch vụ 3G (vì dùng tốc độ truyền dữ liệu 144Kb/s) nhưng vẫn
được xem như dịch vụ 2,5G bởi vẫn chậm hơn vài lần so với dịch vụ 3G thật sự.
1.1.3. Hệ thống 3G
Các mạng 3G đã được đề xuất để khắc phục những nhược điểmcủa các mạng
2G và 2.5G đặc biệt ở tốc độ thấp và không tương thích giữa các công nghệ như
TDMA và CDMA giữa các nước. Vào năm 1992, ITU công bố chuẩn IMT-2000
(International MobileTelecommunication-2000) cho hệ thống 3G với các ưu điểm
chính được mong đợi đem lại bởi hệ thống 3G là:
- Cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao

- Các dịch vụ tin nhắn (e-mail, fax, SMS, chat, )
- Các dịch vụ đa phương tiện (xem phim, xem truyền hình, nghe nhạc, )
- Truy nhập Internet (duyệt Web, tải tài liệu, )
- Sử dụng chung một công nghệ thống nhất, đảm bảo sự tương thích toàn cầu
giữa các hệ thống.
Để thoả mãn các dịch vụ đa phương tiện cũng như đảm bảo khả năng truy cập
Internet băng thông rộng, IMT-2000 hứa hẹn cung cấp băng thông 2Mbps, nhưng
thực tế triển khai chỉ ra rằng với băng thông này việc chuyển giao rất khó. Vì vậy
chỉ có những người sử dụng không di động mới được đáp ứng băng thông kết nối
này, còn khi đi bộ băng thông sẽ là 384 Kbps, khi di chuyển bằng ô tô sẽ là
144Kbps.

15

Theo đặc tả của ITU một công nghệ toàn cầu sẽ được sử dụng trong mọi hệ
thống IMT-2000, điều này dẫn đến khả năng tương thích giữa các mạng 3G trên
toàn thế giới. Tuy nhiên, hiện nay trên thế giới tồn tại hai công nghệ 3G chủ đạo:
UMTS(W-CDMA) và CDMA2000.
- UMTS (W-CDMA)
UMTS (Universal Mobile Telephone System), dựa trên công nghệ W-CDMA,
là giải pháp được ưa chuộng cho các nước đang triển khai các hệ thống GSM muốn
chuyển lên 3G. UMTS được hỗ trợ bởi Liên Minh Châu Âu và được quản lý bởi
3GPP (third Generation Partnership Project), tổ chức chịu trách nhiệm cho các
công nghệ GSM, GPRS. UMTS hoạt động ở băng thông 5MHz, cho phép các cuộc
gọi có thể chuyển giao một cách hoàn hảo giữa các hệ thống UMTS và GSM đã có.
- CDMA2000
Một chuẩn 3G quan trọng khác là CDMA2000, chuẩn này là sự tiếp nối đối
với các hệ thống đang sử dụng công nghệ CDMA trong thế hệ 2. CDMA2000 được
quản lý bởi 3GPP2, một tổ chức độc lập và tách rời khỏi 3GPP của UMTS.
CDMA2000 có tốc độ truyền dữ liệu từ 144Kbps đến Mbps. Hệ thống CDMA2000

không có khả năng tương thích với các hệ thống GSM hoặc D-AMPS của thế hệ
thứ 2.
- TD-SCDMA
Chuẩn được it biết đến hơn là TD-SCDMA đang được phát triển tại Trung
Quốc bởi các Công ty Datang và Siemens
1.1.3.1. Đặc điểm và các kỹ thuật chính
Đặc điểm nổi bật nhất của mạng 3G là khả năng hỗ trợ một lượng lớn các
khách hàng trong việc truyền tải âm thanh và dữ liệu - đặc biệt là ở các vùng đô thị
- với tốc độ cao hơn và chi phí thấp hơn mạng 2G.
3G sử dụng kênh truyền dẫn 5 MHz để chuyển dữ liệu. Nó cũng cho phép việc
truyền dữ liệu ở tốc độ 384 Kbps trong mạng di động và 2 Mbps trong hệ thống

16

tĩnh. Người dùng hy vọng mạng 3G sẽ được phát triển hiệu quả hơn nữa, để các
khách hàng của các mạng 3G khác nhau trên toàn cầu có thể kết nối với nhau.
Kết cấu phân tầng: Hệ thống UMTS dựa trên các dịch vụ được phân tầng,
không giống như mạng GSM. Ở trên cùng là tầng dịch vụ, đem lại những ưu điểm
như triển khai nhanh các dịch vụ, hay các địa điểm được tập trung hóa. Tầng giữa
là tầng điều khiển, giúp cho việc nâng cấp các quy trình và cho phép mạng lưới có
thể được phân chia linh hoạt.Cuối cùng là tầng kết nối, bất kỳ công nghệ truyền dữ
liệu nào cũng có thể được sử dụng và dữ liệu âm thanh sẽ được chuyển qua
ATM/AAL2 hoặc IP/RTP.
CDMA được dùng trong mạng IMT-2000 3G là WCDMA (Wideband
CDMA) và CDMA 2000.
- WCDMA là đối thủ của CDMA2000 và là một trong 2 chuẩn 3G, trải phổ
rộng hơn đối với CDMA do đó có thể phát và nhận thông tin nhanh hơn và hiệu
quả hơn.
- Ở Châu Âu, mạng 3G WCDMA được biết như là UMTS (Universal Mobile
Telephony System) là một cái tên khác cho W-CDMA/dịch vụ 3G.

UMTS sử dụng WCDMA, WCDMA như chuẩn phát vô tuyến. Nó có băng
thông kênh là 5 MHz, có thể mang 100 cuộc gọi cùng một lúc, hoặc nó có thể mang
dữ liệu tới 2Mbps. Tuy nhiên, với sự tăng cường HSDPA và HSUPA chính là trong
những release sau này (R99/R4/R5/R6) của chuẩn, tốc độ phát dữ liệu tăng tới 14,4
Mbps.
UMTS cho phép cả 2 chế độ FDD và TDD. Chế độ đầu tiên là FDD là uplink
và downlink trên các tần số khác nhau. Không gian giữa chúng là 190MHz cho
mạng band1. Ở TDD uplink và downlink được chia theo thời gian với những trạm
cơ sở (base station) và sau đó di động phát lần lượt trên cùng tần số, đặc biệt phù
hợp tới nhiều loại ứng dụng khác nhau. Nó cũng thực hiện ở những cell nhỏ. Thời

17

gian bảo vệ được yêu cầu giữa phát và thu. Hệ thống TDD có thể hiệu quả khi sử
dụng trong picocell để mang dữ liệu internet.
Tần số: hiện tại có 6 băng sử dụng cho UMTS/WCDMA, tập trung vào UMTS
tần số cấp phát trong 2 băng Uplink (1885 – 2025)MHz và Downlink (2110 –
2200) MHz. UMTS sử dụng WCDMA như một cơ cấu vận chuyển vô tuyến. Điều
chế trên đường uplink và downlink là khác nhau. Downlink sử dụng dịch khóa pha
cầu phương (QPSK) cho tất cả những kênh vận chuyển. Tuy nhiên, Uplink sử dụng
2 kênh riêng biệt để thực hiện quay vòng của bộ phát ở trạng thái on và off để
không gây ra nhiễu trên đường audio, những kênh đôi ( dual channel phase chifl
keying) dùng để mã hóa dữ liệu người dùng tới I hoặc đầu vào In-phase tới bộ điều
chế DQPSK và điều khiển dữ liệu đã được mã hóa bằng việc sử dụng mã khác nhau
tới đầu vào Q hoặc quadrature tới bộ điều chế.
- CDMA 2000, chuẩn 3G khác. Nó là một sự nâng cấp CDMAOne. Nó sử
dụng trải phổ rộng do đó có thể phát và thu thông tin nhanh hơn và hiệu quả hơn,
phát dữ liệu internet nhanh, video và phát nhạc chất lượng CD. Tuy nhiên, có nhiều
phần tử CDMA2000 được gọi là CDMA20001X, 1X-EV-DV, 1X EV-DO và
CDMA2000 3X.

Chúng phát dịch vụ 3G khi chiếm dữ một phổ tần nhỏ (1,25 MHz mỗi sóng
mang)
Ưu điểm của công nghệ W-CDMA so với GSM:
- Tiêu chuẩn thống nhất toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến.
- Có khả năng truyền tải đa phương tiện.
- Thực hiện truyền tải dịch vụ hình ảnh tốc độ thấp cho đến tốc độ cao nhất là
2 Mbps.
- Tính bảo mật của cuộc thoại và mức độ hiệu quả khai thác băng tần cao hơn.
- Có khả năng chuyển mạch mềm, tích hợp được với mạng NGN.

18

- Chất lượng thoại được nâng lên và dung lượng mạng tăng lên 4-5 lần so với
GSM.
- CDMA có cơ chế giúp tiết kiệm năng lượng, giúp tăng thời gian thoại của
pin.
- Khả năng mở rộng dung lượng của CDMA dễ dàng và chi phí thấp hơn so
với GSM.
Thế hệ 3.5G :
3,5G là những ứng dụng được 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, được phát triển trên cơ sở
của hệ thống 3G W-CDMA.
HSDPA cho phép download dữ liệu về máy điện thoại có tốc độ tương đương
tốc độ đường truyền ADSL, vượt qua những cản trở cố hữu về tốc độ kết nối của
một điện thoại thông thường.
HSDPA là một bước tiến nhằm nâng cao tốc độ và khả năng của mạng di
động tế bào thế hệ thứ 3 UMTS. HSDPA được thiết kế cho những ứng dụng dịch
vụ dữ liệu như: dịch vụ cơ bản (tải file, phân phối email), dịch vụ tương tác (duyệt
web, truy cập server, tìm và phục hồi cơ sở dữ liệu), và dịch vụ Streaming

1.1.4. Công nghệ 4G
Việc triển khai tại một số nước đã chỉ ra một vài vấn đề mà 3G chưa giải
quyết được hoặc mới chỉ giải quyết được một phần đó là :
- Sự khó khăn trong việc tăng liên tục băng thông và tốc độ dữ liệu để thoả
mãn nhu cầu ngày càng đa dạng các dịch vụ đa phương tiện, và các dịch vụ khác
với nhu cầu về chất lượng dịch vụ (QoS) và băng thông khác nhau.
- Sự giới hạn của giải phổ sử dụng.

19

- Mặc dù được hứa hẹn khả năng chuyển vùng toàn cầu, nhưng do tồn tại
những chuẩn công nghệ 3G khác nhau nên gây khó khăn trong việc chuyển vùng
(roamming) giữa các môi trường dịch vụ khác biệt trong các băng tần số khác nhau.
- Thiếu cơ chế chuyển tải “seamless” (liền mạch) giữa đầu cuối với đầu cuối
khi mở rộng mạng con di động với mạng cố định.
Trong nỗ lực khắc phục những vấn đề của 3G, để hướng tới mục tiêu tạo ra
một mạng di động có khả năng cung cấp cho người sử dụng các dịch vụ thoại,
truyền dữ liệu và đặc biệt là các dịch vụ băng rộng multimedia tại mọi nơi
(anywhere), mọi lúc (anytime), mạng di động thế hệ thứ tư-4G (Fourth Generation)
đã được đề xuất nghiên cứu và hứa hẹn những bước triển khai đầu tiên trong vòng
một thập kỷ nữa.
1.1.4.1. Các đặc điểm công nghệ
Hiện nay, 4G mới đang ở giai đoạn đầu của quá trình phát triển với nhiều cách
tiếp cận tương đối khác nhau. Ta sẽ xem xét 5 đặc điểm cơ bản là động lực cho sự
phát triển hệ thống di động 4G:
- Hỗ trợ lưu lượng IP
- Hỗ trợ tính di động tốt
- Hỗ trợ nhiều công nghệ vô tuyến khác nhau
- Không cần liên kết điều khiển
- Hỗ trợ bảo mật đầu cuối-đầu cuối

1.1.4.2. Mạng 4G tổng quát
Dựa trên xu thế phát triển của thông tin di động, mạng 4G sẽ có băng
thôngrộng hơn, tốc độ dữ liệu cao hơn, chuyển giao nhanh hơn và không gián đoạn,
và đặc biệt cung cấp các dịch vụ liên tục giữa các hệ thống và các mạng.
Mạng 4G sẽ bao gồm tất cả các hệ thống của các mạng khác nhau, từ mạng
công cộng đến mạng riêng, từ mạng băng rộng có quản trị mạng đến mạng cá nhân
và các mạng khác. Các hệ thống 4G sẽ hoạt động kết hợp với các hệ thống 2G và

20

3G cũng như các hệ thống phát quảng bá băng rộng khác. Thêm vào đó, mạng 4G
sẽ là mạng Internet di động dựa trên IP hoàn toàn.
Hình (dưới) cho thấy một loạt các hệ thống mạng 4G sẽ tích hợp: vệ tinh băng
rộng, mạng tổ ong 2G, mạng tổ ong 3G, mạch vòng nội hạt vô tuyến (WLL) và
mạng cá nhân (PAN), dùng giao thức IP là giao thức tích hợp.

Hình 1.2 Kết nối liên tục giữa các mạng
1.2 Những tồn tại và khó khăn về kĩ thuật trong thông tin di động
Dung lượng trong các hệ thống thông tin di động thế hệ 1 và 2 bị hạn chế
nhiều do sử dụng các kỹ thuật đa truy cập FDMA, TDMA hoặc CDMA. Các kỹ
thuật này xác định người dùng bằng việc cấp phát một tần số hoặc một khe thời

21

gian hoặc một mã trải phổ duy nhất khi họ đăng nhập vào hệ thống. Nhưng phổ tần
dành cho thông tin di động thì có hạn. CDMA cũng làm tăng dung lượng hệ thống
đáng kể nhưng nó lại dẫn đến sự gia tăng nhiễu đồng kênh và nhiễu xuyên kênh do
mật độ phân bố cao của người dùng trong một cell. Do đó dung lượng hệ thống
không cao.
Bên cạnh đó chất lượng dịch vụ của người dùng cũng giảm do fading và nhiễu

đồng kênh, nhiễu xuyên kênh khi họ di chuyển. Các hệ thống thông tin di động thế
hệ ba sẽ cung cấp nhiều loại hình dịch vụ bao gồm các dịch vụ thoại và số liệu tốc
độ thấp hiện nay cho đến các dịch vụ số liệu tốc độ cao, video và truyền thanh. Tốc
độ cực đại của người sử dụng sẽ lên đến 2MHz. Nhưng tốc độ cực đại này chỉ có
trong các ô pico trong nhà, còn các dịch vụ với tốc độ 14.4Kbps sẽ được đảm bảo
cho di động thông thường ở các ô macro.
1.3 Môi trường vô tuyến trong thông tin di động
Trong một kênh vô tuyến lý tưởng, tín hiệu thu được chỉ bao gồm một tín hiệu
đến trực tiếp và sẽ là bản thu được hoàn hảo của tín hiệu khác. Tuy nhiên, trong
một kênh thực tế, tín hiệu bị thay đổi trong suốt quá trình truyền, tín hiệu nhận
được sẽ là sự tổng hợp của các thành phần bị suy giảm, thành phần phản xạ, khúc
xạ, nhiễu xạ của tín hiệu khác. Quan trọng nhất là kênh truyền sẽ cộng nhiễu vào
tín hiệu và có thể gây ra sự dịch tần số sóng mang nếu máy phát hoặc thu di chuyển
(hiệu ứng Doppler). Chất lượng của hệ thống vô tuyến phụ thuộc vào các đặc tính
kênh truyền. Do đó, hiểu biết về các ảnh hưởng của kênh truyền lên tín hiệu là vấn
đề rất quan trọng.
Trong quá trình truyền, kênh truyền chịu ảnh hưởng của các loại nhiễu như:
nhiễu Gauss trắng cộng, Fading phẳng, Fading chọn lọc tần số, Fading nhiều
tia…Trong kênh truyền vô tuyến thì tác động của tạp âm bên ngoài và nhiễu giao

22

thoa là rất lớn. Kênh truyền vô tuyến là môi trường truyền đa đường và chịu ảnh
hưởng đáng kể của Fading nhiều tia, Fading lựa chọn tần số.
Sự phản xạ: xuất hiện khi sóng điện từ được truyền đi, va đập trên một vật có
chiều dài rất lớn so với bước sóng của sóng điện từ. Phản xạ xuất hiện từ mặt đất,
các tòa cao ốc…
Sự nhiễu xạ: xuất hiện khi đường truyền vô tuyến giữa bộ phát và bộ thu bị
một bề mặt có cạnh nhọn chặn lại, những sóng phụ do vật cản tạo ra ở khắp nơi.
Ở tần số cao, nhiễu xạ cũng như phản xạ phụ thuộc vào dạng hình học của vật

thể, biên độ, pha và sự phân cực của sóng tới tại điểm nhiễu xạ. Mặc dù cường độ
trường giảm nhanh khi bộ thu đi vào vùng chắn (vùng tối), cường độ nhiễu xạ cũng
có và thường là đáng kể để tạo tín hiệu có ích.
Sự tán xạ: xuất hiện khi sóng lan truyền qua môi trường mà độ dài của các vật
thể là nhỏ so với bước sóng và số vật cản trên đơn vị thể tích môi trường là rất lớn.
Các bề mặt nhấp nhô, những vật thể nhỏ, sự thay đổi bất thường của kênh truyền
tạo ra sóng tán xạ. Thực tế thì tán lá rậm, bảng đường, cột điện tạo ra hiện tượng
tán xạ trong thông tin di động…












23

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G_LTE
2.1 Giới thiệu về công nghệ LTE
LTE là thế hệ thứ tư (4G) tương lai của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển.
UMTS thế hệ thứ ba (3G) dựa trên WCDMA đã được triển khai trên toàn thế giới.
Để đảm bảo tính cạnh tranh cho hệ thống này trong tương lai, tháng 11/2004 3GPP
đã bắt đầu dự án nhằm xác định bước 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 lượng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối. Đặc tả kỹ
thuật cho LTE đang được hoàn tất và dự kiến sản phẩm LTE sẽ ra mắt thị trường
trong 2 năm tới.
Các mục tiêu của công nghệ này là:
- Tốc độ đỉnh tức thời với băng thông 20 MHz:
Tải xuống: 100 Mbps; Tải lên: 50 Mbps
- Dung lượng dữ liệu truyền tải trung bình của một người dùng trên
1MHz so với mạng HSDPA Rel. 6:
Tải xuống: gấp 3 đến 4 lần; Tải lên: gấp 2 đến 3 lần.
- Hoạt động tối ưu với tốc độ di chuyển của thuê bao là 0 – 15 km/h. Vẫn hoạt
động tốt với tốc độ từ 15 – 120 km/h. Vẫn duy trì được hoạt động khi thuê
bao di chuyển với tốc độ từ 120 – 350 km/h (thậm chí 500 km/h tùy băng
tần)
- Các chỉ tiêu trên phải đảm bảo trong bán kính vùng phủ sóng 5km, giảm chút
ít trong phạm vi đến 30km. Từ 30 – 100 km thì không hạn chế.


24


- Độ dài băng thông linh hoạt: có thể hoạt động với các băng 1.25 MHz, 1.6
MHz, 2.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz và 20 MHz cả chiều lên và xuống.
Hỗ trợ cả 2 trường hợp độ dài băng lên và băng xuống bằng nhau hoặc
không.
Để đạt được mục tiêu này, sẽ có rất nhiều kỹ thuật mới được áp dụng, trong đó
nổi bật là kỹ thuật vô tuyến OFDMA (đa truy cập phân chia theo tần số trực
giao), kỹ thuật anten MIMO (Multiple Input Multiple Output - đa nhập đa xuất).
Ngoài ra hệ thống này sẽ chạy hoàn toàn trên nền IP (all-IP network), và hỗ trợ cả 2
chế độ FDD và TDD

2.2 Kiến trúc mạng LTE
Nhiều các mục tiêu với ngụ ý rằng một kiến trúc phẳng sẽ cần được phát triển
kiến trúc phẳng với ít nút tham gia sẽ làm giảm độ trễ và cải thiện hiệu suất. Phát
triển theo hướngng này đã được bắt đầu từ phiên bản 7. Nơi ý tưởng đường hầm
trực tiếp cho phép mặt phẳng nguời dùng (UP) bỏ qua SGSN.

25


mặt phẳng điều khiển
mặt phẳng người dùng
Hình 2.2: Phát triển kiến trúc 3GPP hướng tới kiến trúc phẳng hơn
Kiến trúc mạng LTE được thiết kế với mục tiêu hỗ trợ lưu lượng chuyển mạch
gói với tính di động linh hoạt, chất lượng dịch vụ (QoS) và độ trễ tối thiểu. Một
phương pháp chuyển mạch gói cho phép hỗ trợ tất cả các dịch vụ bao gồm cả thoại
thông qua các kết nối gói. Kết quả là trong một kiến trúc phẳng hơn, rất đơn giản
chỉ với 2 loại nút cụ thể là nút B phát triển ( eNB) và phần tử quản lý di động/cổng
(MME/GW). Điều này hoàn toán trái ngược với nhiều nút mạng trong kiến trúc
mạng phân cấp hiện hành của hệ thống 3G. Một thay đổi lớn nữa là phần điều
khiển mạng vô tuyến (RNC) được loại bỏ khỏi đường dữ liệu và chức năng của nó
hiện nay được thành lập ở eNB. Một số ích lợi của một nút duy nhất trong mạng
truy nhập là giảm độ trễ và phân phối của việc xử lý tải RNC vào nhiều eNB. Việc
loại bỏ RNC ra khỏi mạng truy nhập có thể một phần do hệ thống LTE không hỗ
trợ chuyển giao mềm.
Phiên bản 6
GGSN
SGNS
RNC
Node B
Phiên bản 7

Đường hầm
trực tiếp
GGSN
SGNS
RNC
Node B
Phiên bản 7
Đường hầm trực tiếp

& RNCN trong eNB
GGSN
SGNS
RNC
Node B
Phiên bản 8
SAE & LTE

SAE GW
MME
eNode B