MỤC LỤC

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
LTE

Long – Term Evolution

LTE-A

LTE - Advanced

E-UTRAN

Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network

OFDMA

Orthogonal Frequency Division Multiple Access

S-GW

Service – Gateway

MAC

Media Access Control

PHY

Physical Layer Specifications

RRC

Radio Resource Control

MIMO

Multi Input Multi Output


OFDM

Orthogonal Frequency-Division Multiplexing

UE

User Equipment

BS

Base Station

RN

Relay Node

SAE

Service Architecture Evolution

P-GW


Packet-Gateway

MME

Mobility Management Entity

RAN

Radio Access Network

SINR

Signal to Interference plus Noise Ratio

LỜI MỞ ĐẦU
Thông tin di động ngày nay đã trở thành một lĩnh vực phát triển rất mạnh mẽ, đóng
một vai trò vô cùng quan trọng trong hệ thống thông tin toàn cầu và tạo ra những khoản lợi
nhuận to lớn cho các nhà khai thác. Sự phát triển mạnh mẽ của thị trường viễn thông di động
đã thúc đẩy sự nghiên cứu và phát triển các hệ thống thông tin di động mới trong tương lai.
Mặc dù các hệ thống thông tin di động thứ 3 (3G) vẫn đang được triển khai lắp đặt tại
nhiều nơi trên thế giới nhưng các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới đã tiến hành
nghiên cứu, triển khai thử nghiệm và đã chuẩn hóa mạng thông tin di động thế hệ thứ 4
(4G). Công nghệ 4G mang lại những tiện ích vượt trội so với 3G như về tốc độ hay sự phục
vụ người dùng mọi lúc, mọi nơi, kể cả khi đang di chuyển với tốc độ cao …
LTE (Long Term Evolution) tiêu chuẩn hóa trong 3GPP (Dự án hợp tác tổ chức thế hệ
mạng thứ 3) đã đạt được những thành tựu quan trọng, là bước chuẩn bị tốt để lên 4G. Những
thay đổi của 3GPP đã khắc phục được những hạn chế trong đặc điểm kĩ thuật của các thế hệ
mạng trước đó. Từ cuối năm 2009 thông tin di động LTE đã được triển khai rộng khắp, như
một bước nhảy của GSM và UMTS. Với đích tới là nâng cao tốc độ dữ liệu, hỗ trợ các dịch

vụ tiên tiến và các ứng dụng khác lên tới 100 Mbps cho kịch bản truyền sóng khó và 1Gbps


cho kịch bản thấp hơn. Trong suốt năm 2009, 3GPP đã nghiên cứu để đưa ra những cải tiến
cần thiết giúp LTE đáp ứng được những yêu cầu từ IMT - Advanced.
Relay là một trong những công nghệ đưa ra đáp ứng cho sự cải tiến của IMT. Relay
(hay gọi là công nghệ chuyển tiếp) là một trong những công nghệ được đề xuất cho hệ thống
4G LTE - Advanced. Mục đích của Relay trong LTE là nâng cao cả vùng phủ sóng và chất
lượng tín hiệu. Ý tưởng về Relay không phải mới nhưng với Relay trong LTE – Advanced
đang được xem xét để đảm bảo về hiệu suất tối ưu – khả năng đáp ứng nhu cầu của người
dùng nhưng vẫn đảm bảo OPEX (Operational Expenses – Chi phí hoạt động) ở một giới hạn
cho phép. Với những hạn chế về thời gian và trình độ học vấn, bài tiểu luận này sẽ đưa ra
những hoạt động cơ bản của hệ thống mạng LTE - Advanced, tìm hiểu về công nghệ chuyển
tiếp trong LTE, những vấn đề về giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ, đáp ứng nhu cầu
người dùng và chi phí hoạt động phù hợp.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE VÀ LỘ
TRÌNH TIẾN LÊN LTE ADVANCED

1.1 Giới thiệu
Do nhu cầu của người sử dụng ngày càng cao về các dịch vụ truy nhập dữ liệu, âm
thanh, hình ảnh với tốc độ cao, băng rộng mọi nơi, mọi lúc, mọi dịch vụ, mọi thời điểm. Để
đáp ứng được nhu cầu đó, mạng di động thế hệ thứ tư – 4G (Fourth Generation) đã được đề
xuất nghiên cứu và triển khai trên thế giới. Trong chương này trình bày tổng quan về mạng
di động LTE và LTE – Advanced, các yêu cầu và tiêu chuẩn chất lượng mạng LTE và LTE
– Advanced

1.2 Tổng quan công nghệ LTE và LTE Advanced
1.2.1 Những yêu cầu của ITU cho 4G



Thiết kế của LTE diễn ra cùng lúc như là một sáng kiến của Liên minh Viễn thông
Quốc tế. Vào cuối những năm 90, ITU đã thúc đẩy sự phát triển của công nghệ 3G bằng
cách đưa ra các yêu cầu dành cho hệ thống thông tin di động 3G, dưới cái tên Viễn thông Di
động Quốc tế (IMT) 2000. Hệ thống 3G cũng chính là chấp nhận các yêu cầu của ITU yêu
cầu cho IMT-2000.
ITU cũng làm những điều tương tự vào năm 2008, khi đưa ra các yêu cầu cụ thể cho
hệ thống thông tin thế hệ thứ tư (4G) dưới cái tên IMT-Advanced. Theo những yêu cầu đó,
tốc độ dữ liệu đỉnh của hệ thống tương thích phải đạt ít nhất 600 Mbps cho đường xuống và
270 Mbps cho đường lên, trong băng thông của 40 MHz. Rõ ràng là LTE vẫn chưa đạt đến
điều này.

1.2.2 Những yêu cầu của LTE - Advanced
LTE – Advanced (Long Term Evolution – Advanced) là sự tiến hoá của công nghệ
LTE. Công nghệ dựa trên OFDMA này được chuẩn hoá bởi 3GPP trong phiên bản (Release)
8 và 9. LTE – Advanced được hoàn thành nhằm đáp ứng hoặc vượt hơn so với những yêu
cầu của thế hệ công nghệ vô tuyến di động thứ 4 (4G). LTE – Advanced tương thích ngược
và thuận với LTE, nghĩa là có thể triển khai LTE – Advanced mà không ảnh hưởng đến thiết
bị đầu cuối hiện tại. khả năng tương thích phổ như vậy là cực kỳ quan trọng trong việc
chuyển đổi thông suốt trong mạng lưới từ LTE sang LTE – Advanced với chi phí thấp.
Các yêu cầu then chốt của LTE – Advanced:
- Hỗ trợ độ rộng băng tần lên đến và bao gồm 40MHz
- Khuyến khích hỗ trợ các độ rộng băng tần rộng hơn (chẳng hạn 100MHz)
- Hiệu quả sử dụng phổ tần đỉnh đường xuống tối thiểu là 15 b/s/Hz (giả sử sử dụng
MIMO 4x4)


- Hiệu quả sử dụng phổ tần đỉnh đường lên tối thiểu là 6,75 b/s/Hz (giả sử sử dụng
MIMO 4x4)
- Tốc độ thông lượng lý thuyết là 1,5 Gb/s


1.3 Kiến trúc của hệ thống

Hình 1.1 Sự phát triển của kiến trúc mạng
Các kiến trúc hệ thống cho LTE bắt nguồn từ kiến trúc hệ thống của thế hệ trước, cụ
thể là từ UMTS. Khi kiến trúc hệ thống LTE đã được đề xuất nó được giả định rằng hệ
thống mới sẽ phải đáp ứng thậm chí yêu cầu cao hơn về tín hiệu mạng trễ truyền dẫn và chi
phí xây dựng và duy trì sau đó nên được đầy đủ hơn. Do đó, một quyết định đã được thực
hiện để đơn giản hóa kiến trúc của hệ thống.
Các yếu tố sau đây có thể được phân biệt:
• eNB – E-UTRAN Node B;
• eGW – access gateway;
• MME – mobility management entity;


• UPE – user plane entity
Nhiệm vụ được giao cho MME bao gồm quản lý và lưu trữ ngữ cảnh cho sự điều
khiển thiết bị đầu cuối của người sử dụng, thủ tục ủy quyền cho thiết bị đầu cuối, và các
chương trình quản lý di động cho thiết bị đầu cuối. Nhiệm vụ của bộ phận UPE bao gồm
quản lý thuê bao và lưu trữ ngữ cảnh thiết bị đầu cuối. Các đơn vị cũng thực hiện các chức
năng như mã hóa, đảm bảo tính toàn vẹn của khối dữ liệu, và yêu cầu lặp lại tự động (ARQ)
để giảm khối dữ liệu loại bỏ. Khối dữ liệu cá nhân nằm ở các nút mạng (eGW) giao tiếp với
nhau và với mạng bên ngoài.
Các khối hợp tác với các trạm gốc (eNB), trong đó thực hiện trên tất cả các chức năng
liên quan đến đài phát thanh truyền.

Hình 1.2 Kiến trúc mạng LTE

1.3.1 Các đặc tả kỹ thuật của LTE



LTE là một giải pháp băng thông rộng di động cung cấp một bộ tính năng phong phú
với rất nhiều tính linh hoạt về các tùy chọn triển khai và dịch vụ cung cấp tiềm năng. Một số
tính năng quan trọng nhất mà đáng được làm nổi bật.
OFDM cho hiệu suất phổ cao, là nền tảng của lớp vật lý: OFDM được sử dụng cho
đường xuống để ngăn chống nhiễu và tương thích cao với các kỹ thuật tiên tiến như miền tần
số phụ thuộc vào lập lịch và MIMO, trong khi đa truy nhập phân chia theo tần số đơn sóng
mang (SC-FDMA) được sử dụng cho đường lên để có được PAPR thấp, người dùng trực
giao trong miền tần số và ứng dụng đa anten.
Hỗ trợ TDD và FDD: LTE hỗ trợ cả kỹ thuật song công theo thời gian (TDD) và song
công theo tần số (FDD). TDD được ưu chuộng bởi vì lợi thế của nó:
(1) tính linh hoạt trong việc lựa chọn tỷ lệ tốc độ dữ liệu đường lên và đường xuống
(2) khả năng khai thác kênh có qua lại
(3) khả năng thực hiện phổ tần không kết nối
(4) thiết kế thu phát ít phức tạp hơn.
Điều chế thích ứng và mã hoá (AMC): LTE hỗ trợ một số điều chế và sửa lỗi (FEC)
các chương trình mã hóa và cho phép chương trình này phải được thay đổi trên mỗi người
dùng và mỗi cơ sở khung dựa trên điều kiện kênh. AMC là một cơ chế hiệu quả để tối đa
hóa thông lượng trong một kênh thời gian khác nhau. Các thuật toán thích ứng thường gọi
cho việc sử dụng điều chế cao nhất và chương trình mã hóa có thể được hỗ trợ bởi các tín
hiệu trên nhiễu và tỷ lệ nhiễu ở người nhận như vậy mà mỗi người dùng được cung cấp với
tốc độ dữ liệu cao nhất có thể có thể được hỗ trợ trong liên kết tương ứng của chúng.
Tốc độ dữ liệu đỉnh rất cao: LTE có khả năng hỗ trợ tốc độ dữ liệu đỉnh rất cao.
Trong thực tế, tỷ lệ dữ liệu PHY đỉnh có thể cao như tốc độ dữ liệu đỉnh đường xuống 100
Mb/s trong vòng 20 MHz phổ tần phân bổ đường xuống (5 bps/Hz), trong khi nó cung cấp
tốc độ dữ liệu đường lên đỉnh cao của 50 Mb/s (2,5 bps/Hz) trong vòng 20 MHz phân bổ
phổ tần.
Tính di động: E-UTRAN nên được tối ưu hóa cho tốc độ di chuyển thấp 0-15 km/h.
Ở tốc độ di chuyển cao hơn từ 15 đến 120 km/h cần được hỗ trợ với hiệu suất cao. Tính di



động trên mạng di động phải được duy trì ở tốc độ 120-350 km/h (hoặc thậm chí lên đến 500
km/h tùy thuộc vào băng tần).
Thông số

LTE

LTE
Advanced

Tốc độ dữ liệu đỉnh đường
xuống

300 Mbps

1Gbps

Tốc độ dữ liệu đỉnh đường lên

75Mbps

500Mbps

Băng thông truyền dẫn đường
xuống

20MHz

100MHz


Băng thông truyền dẫn đường
lên

20MHz

40MHz

Độ di động

Tối ưu với tốc độc chậm Tương tự LTE
(<15km/h), hiệu suất làm
việc cao tại tốc độ lên tới
120km/h, duy trì kết nối với
tốc độ 350km.h

Vùng phủ

Công suất vùng phủ toàn Giống như LTE
phần lên tới 5 km

Các băng thông mở rộng

1,4; 3; 5; 10; 15; 20 MHz

-

Lên tới 20-100MHz

Bảng 1.1 Bảng so sánh LTE và LTE- advanced
Khả năng truyền tại ở tầng liên kết: LTE hỗ trợ yêu cầu truyền lại tự động (ARQ) tại

tầng liên kết. ARQ cho phép kết nối yêu cầu mỗi gói được truyền tải được thừa nhận bởi
người nhận; các gói dữ liệu không được thừa nhận được giả định là bị mất và được truyền
lại. LTE cũng hỗ trợ tùy chọn hybrid-ARQ, đó là một lai ghép có hiệu quả giữa FEC và
ARQ.
Hỗ trợ người dùng đồng thời: LTE cung cấp khả năng để thực hiện hai kế hoạch tài
nguyên không gian (trong thời gian và tần số), cho phép hỗ trợ của nhiều người sử dụng
trong một khoảng thời gian. Ngược lại, công nghệ 3G hiện tại thực hiện kế hoạch một chiều,
mà hạn chế dịch vụ cho một người sử dụng cho mỗi khe thời gian. Khả năng này của LTE
dẫn đến cho phép sự gia tăng của các ứng dụng nhúng không dây/hệ thống.
Bảo mật: LTE cung cấp tăng cường bảo mật thông qua việc thực hiện các UICC
Subscriber Identity Module (SIM) và các khóa riêng 128-bit mạnh mẽ và không xâm lấn lưu


trữ quan trọng và xác thực khóa đối xứng sử dụng liên quan. LTE bổ sung kết hợp xác thực
lẫn nhau mạnh mẽ, sử dụng danh tính bảo mật, bảo vệ tính toàn vẹn của tất cả các bản tin
báo hiệu giữa UE và Mobility Management Entity (MME), và tùy chọn mã hóa dự liệu
mạng đa cấp.
Hiệu quả chuyển vùng trên toàn thế giới: Bởi vì công nghệ LTE sẽ trở thành chuẩn
4G thống nhất cho hầu hết các 3GPP và 3GPP2 hãng trên toàn thế giới, các thiết bị công
nghệ LTE sẽ là cơ bản dễ dàng hơn để thiết lập cho trên toàn thế giới chuyển vùng. Thông
báo trước là các băng tần số thực tế được sử dụng bởi các hãng khác nhau sẽ khác nhau (do
đó duy trì sự cần thiết cho các thiết bị nhiều băng). Kết quả là, các đường dẫn chuyển đổi vô
tuyến Verizon đến LTE sẽ cung cấp nhiều cơ hội hơn cho chuyển vùng quốc tế liên tục với
quy mô là lớn

1.4 Khả năng của LTE Advanced
LTE-Advanced là một mạng không dây băng thông rộng thực sự mà cung cấp Tốc độ
dữ liệu đỉnh bằng hoặc lớn hơn so với mạng có dây, ví dụ: FTTH, đồng thời cung cấp QoS
tốt hơn. Các yêu cầu mức cao chủ yếu của LTE đều giảm chi phí mạng (chi phí cho mỗi bit),
dịch vụ dự phòng tốt hơn, và khả năng tương thích với các hệ thống 3GPP. LTE-Advanced

là một sự tiến hóa từ LTE tương thích ngược. Ngoài các tính năng tiên tiến được sử dụng bởi
LTE Release 8, LTE-Advanced tăng cường các tính năng này có thể được tìm thấy trong
những điều sau đây:
-

Tốc độ dữ liệu đỉnh: LTE-Advanced hỗ trợ tăng đáng kể Tốc độ dữ liệu đỉnh
tức thời được tăng cao. Ở mức tối thiểu, LTE-Advanced sẽ hỗ trợ tốc độ dữ
liệu đỉnh tăng cường để hỗ trợ các dịch vụ và ứng dụng tiên tiến (100 Mbps
cho tính di động cao và 1 Gbps cho tính di động thấp đã được thiết lập như
mục tiêu nghiên cứu).


-

Tính di động: Hệ thống sẽ hỗ trợ tính di động trên mạng di động với tốc độ di
động khác nhau lên đến 350 km/h (hoặc có thể thậm chí lên đến 500 km/h tùy
thuộc vào băng tần). Hiệu năng hệ thống sẽ được tăng cường cho 0-10 km/h và
tăng cường tốt hơn nhưng ít nhất không tồi tệ hơn E-UTRA và E-UTRAN cho
tốc độ cao hơn.

Parameter

LTE

Scalable bandwidths

LTE-Advanced
1.4-20 MHz

Peak data rate downlink


Transmission bandwidth

Peakspectrum efficiency
[bps/Hz]

Up to 20-100 MHz

DL

300 Mbps

1 Gbps

UL

75 Mbps

500 Mbps

DL

20 MHz

100 MHz

UL

20 MHz


40 MHz

DL

15

30

UL

3.75

15

Bảng 1.2: So sánh tính năng của LTE và LTE Advanced

-

Nâng cao kỹ thuật truyền dẫn đa ăng-ten: Trong LTE-A, chương trình MIMO
phải được cải thiện hơn nữa trong lĩnh vực hiệu quả phổ tần, di động trung
bình thông qua thỏa thuận, và biểu diễn cạnh cell. Với truyền/ nhận đa điểm,
các ăng-ten của nhiều trang web di động được sử dụng trong một cách mà việc
truyền/ nhận ăng-ten của các cell phục vụ và các cell lân cận có thể cải thiện
chất lượng của tín hiệu nhận được tại các thiết bị người dùng và giảm nhiễu
đồng kênh từ các cell lân cận. Hiệu suất phổ cao điểm là tỷ lệ thuận với số
lượng ăng-ten được sử dụng.


Thông số
Dung lượng

(bps/Hz/cell)

Cấu hình ăngten
DL

UL
Người dùng tại vùng
biên cell
(bps/Hz/cell/user)

DL

UL

LTE

LTE
-Advanced

2-by-2

1.69

2.4

4-by-2

1.87

2.6


4-by-4

2.67

3.7

1-by-2

0.74

1.2

2-by-4

_

2.0

2-by-2

0.05

0.07

4-by-2

0.06

0.09


4-by-4

0.08

0.12

1-by-2

0.024

0.04

2-by-4

_

0.07

Bảng 1.3 So sánh hiệu suất phổ của LTE và LTE-Advanced
-

Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao (OFDMA): OFDMA được sử
dụng cho kỹ thuật truy cập vô tuyến LTE-Advanced. Một kỹ thuật được gọi là
tập hợp sóng mang được sử dụng bởi OFDMA lớp lại để kết hợp nhiều sóng
mang thành phần LTE trên lớp vật lý để cung cấp băng thông cần thiết.

1.5 Tình hình chuẩn hóa và triển khai của LTE
1.5.1 Tình hình chuẩn hóa và triển khai LTE trên thế giới
Do xu hướng toàn cầu hóa của thị trường mạng viễn thông thế giới, mà có rất nhiều tổ

chức nghiên cứu, và thu thập tình hình thực trạng đang triển khai các công nghệ viễn thông
trên thế giới. Việc cập nhật thực trạng triển khai, có ý nghĩa rất lớn cho công tác nghiên cứu
hướng đi mới , đưa ra định hướng phát triển trong tương lai, đồng thời xem xét đánh giá hiệu
quả và tính ứng dụng cao hay thấp của các công nghệ đã và đang đươc triển khai. Những số
liệu được đưa ra từ các tổ chức lớn và uy tín, ví dụ như Hiệp hội các nhà cung cấp di động
toàn cầu (GMA)…. Được đưa ra bên dưới, mang tính chất tổng quát nhất, và mới nhất về
tình hình triển khai LTE trên thế giới hiện nay:
a) Theo thống kê và dự báo trên trang www.gsacom.com thì đến tháng 9 năm 2012
trên thế giới:


- Có 347 nhà cung cấp đang đầu tư phát triển LTE:
 292 nhà mạng đang lên kế hoạch triển khai LTE ở 93 quốc gia.
 55 nhà mạng tại trên 11 quốc gia khác cam kết và đang thử nghiệm công nghệ
LTE. Trong đó có 3 nhà mạng của Việt Nam: VNPT, Viettel và FPT
- Có 96 nhà mạng của 46 quốc gia đã tiến hành thương mại hóa dịch vụ trên nền
LTE. Đến tháng 6 năm 2012 là khoảng 28 triệu thuê bao LTE. Dự kiến hết năm 2012 sẽ có
152 nhà mạng cung cấp dịch vụ chính thức ở 65 quốc gia trên toàn thế giới.
- Có 417 sản phẩm đầu cuối LTE được sản xuất bởi 67 nhà sản xuất.
b) Theo thống kê và dự báo trên trang www.gsacom.com thì đến tháng 10 năm 2014
trên thế giới:
Các mạng LTE (Báo cáo về tiến trình LTE của GSA, 17 tháng 9 năm 2014)
- 533 mạng LTE triển khai hợp đồng phục vụ cho 156 quốc gia: trong đó có 331
mạng LTE thương mại được triển khai tại 112 quốc gia. Và 51 nhà mạng thử nghiệm tại hơn
12 quốc gia. Như vậy có tất cả 584 nhà khai thác mạng đang đầu tư vào LTE tại 168 quốc
gia.
- 40 hệ thống LTE TDD (TD-LTE) được triển khai tại 27 quốc gia (bao gồm trong
tổng số 331 mạng LTE thương mại ở trên ) bao gồm 13 nhà mạng đã triển khai cả chế độ
FDD và TDD trong khai thác lĩnh vực thông tin di động.
- 150 hệt hống LTE 1800 (3GPP nhánh 3) được triển khai ở 72 quốc gia ở cả băng

đơn và một phần của mạng đa băng thông (đã gồm cả 331 mạng LTE thương mại ở trên).
- LTE1800 được triển khai trên 45% tổng số mạng LTE thương mại.
- 79 nhà mạng LTE (tức là ¼ ) triển khai công nghệ LTE nâng cao. 21 nhà mạng triển
khai các hệ thống kết hợp cung cấp dịch vụ LTE advanced.
- 12 nhà mạng giới thiệu dịch vụ thoại cho người sử dụng LTE kích hoạt VoLTE. GSA dự báo sẽ có ít nhất 350 mạng LTE thương mại được triển khai vào cuối năm 2014.
Các thiết bị LTE (Báo cáo thực trạng của GSA về hệ thống LTE, 14 tháng 10 năm
2014)


- 2218 thiết bị người dùng LTE được công bố bởi 183 nhà sản xuất.
- Điện thoại thông minh là thiết bị chiếm số lượng lớn nhất: có 1045 điện thoại thông
minh LTE chiếm 47.1% tổng loại thiết bị LTE.
- 146 điện thoại LTE hỗ trợVoLTE.
- Hầu hết các thiết bị LTE hoạt động ở chế độ FDD. Với 644 thiết bị hỗ trợ vận hành
hoạt động TDD.
- 1608 thiết bị LTE-HSPA hoạt động ở 2 chế độ , bao gồm 853 thiết bị hỗ trợ
DCHSPA+ với tốc độ 42Mbps.
- 116 mạng thương mại triển khai 75 quốc gia thì trong đó có 11 mạng sử dụng
VoLTE cho thoại HD - 329 điện thoại tương thích (bao gồm cả sóng mang và biến tần) hỗ
trợ HD Voice (W-AMR) được công bố bởi 19 nhà cung cấp, bao gồm thiết bị cho GSM,
3G / HSPA và mạng LTE hay còn gọi là VoLTE (báo cáo GSA 21 tháng 3 năm 2014).
- Số thuê bao di động trên toàn thế giới – bao gồm tất cả các công nghệ: 7,023 tỷ thuê
bao. Trong đó, nhóm 3GPP (GSM / EDGE, WCDMA, HSPA / HSPA + và LTE): 6.31tỷ
đăng ký = 89,9% thị phần toàn cầu.

1.5.2 Tình hình chuẩn hóa và triển khai LTE tại Việt Nam
Đi cùng với sự phát triển chóng mặt của thế giới. Từ ngày 21 đến 24/7/2011, Huawei
(Trung Quốc) cùng các nhà khai thác viễn thông Việt Nam, gồm VNPT, Viettel và VMSMobiFone tổ chức Diễn đàn Công nghệ HUAWEI LTE Summit tại Hà Nội để cùng trao đổi,
thảo luận và chia sẻ những thông tin, kinh nghiệm về tình hình triển khai ứng dụng công
nghệ di động 4G/LTE (4G) và băng rộng di động trên toàn cầu.

Theo Hiệp hội Các nhà cung cấp di động toàn cầu (GSA), trên thế giới hiện có hơn
300 nhà mạng sử dụng công nghệ 4G, với 245 triệu người sử dụng. Dự báo, đến hết ngày
2017, có khoảng 1 tỷ người sử dụng 4G trên toàn cầu. Thiết bị phục vụ cho công nghệ 4G
cũng tăng trưởng một cách đột biến. Hiện có 636 mẫu smartphone và số lượng thiết bị cầm
tay 4G được bán ra đã tăng tới 222% trong năm 2013, các smartphone 4G giá rẻ từ 100 đến
150 USD đang được các nhà cung cấp sản xuất ngày càng nhiều.


Công nghệ 4G của Huawei đã phủ sóng tới hơn 100 thủ đô và 9 trung tâm tài chính
hàng đầu trên toàn cầu.
Bộ TT&TT đã ký giấy phép ban hành thiết lập mạng viễn thông công cộng và
giấy phép cung cấp dịch vụ viễn thông 4G cho 2 nhà mạng viettel và VNPT Vinaphone trên
băng tần 1800MHz.
Trước đó, Viettel là mạng di động đầu tiên thử nghiệm cung cấp 4G tại Bà Rịa Vũng Tàu từ cuối năm từ cuối năm 2015, tiếp đó VNPT Vinaphone thử nghiệm 4G tại
TP.HCM và Kiên Giang từ tháng 1/2016.
Tháng 7/2016, nhà mạng MobiFone cũng chính thức công bố ra mắt đường trục
truyền dẫn Bắc - Nam,thử nghiệm 4G tại 3 địa phương là Hà Nội, TPHCM và Đà Nẵng.
Tuy vậy, trong số 4 nhà cung cấp được cấp giấy phép thử nghiệm 4G, gồm Viettel,
VNPT Vinaphone, MobiFone và FPT Telecom, tới thời điểm này, hiện chỉ có Viettel và
VNPT được cấp phép chính thức.
Trong Hội nghị Giao ban QLNN Quý I/2016, Thứ trưởng Bộ TT&TT Phan Tâm đã
đề nghị Cục Tần số, Cục Viễn thông đẩy nhanh các thủ tục để có thể tiến hành cấp phép 4G
LTE trên băng tần 1800 MHz chậm nhất là "cuối quý 3, đầu quý 4".
"Tôi tin rằng năm 2016 sẽ là năm khởi đầu thuận lợi cho 4G còn 2017 sẽ chứng kiến
sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ này", Thứ trưởng Phan Tâm nhận định.

1.6 Những công nghệ đề xuất cho LTE – Advanced
1.6.1 Truyền dẫn băng rộng hơn và chia sẻ phổ tần
Mục tiêu tốc độ dữ liệu đỉnh của LTE-Advanced rất cao và chỉ có thể được đạt được
một cách vừa phải bằng cách tăng độ rộng băng truyền dẫn hơn nữa so với những gì được

cung cấp ở phiên bản đầu tiên của LTE và độ rộng băng truyền dẫn lên đến 100Mhz được
thảo luận trong nội dung của LTE-Advanced. Việc mở rộng độ rộng của băng sẽ được thực
hiện trong khi vẫn duy trì được tính tương thích phổ. Điều này có thể đạt được bằng cách sử


dụng “khối tập kết sóng mang”, trong đó nhiều sóng mang thành phần LTE đang được sử
dụng kết hợp trên lớp vật lí để cung cấp độ rộng băng cần thiết, chứ không phải thêm vào
các băng tần hoàn toàn mới. Đối với thiết bị đầu cuối LTE, mỗi sóng mang thành phần sẽ
xuất hiện như là một sóng mang LTE trong khi một thiết bị đầu cuối LTE-Advanced có thể
khai thác toàn bộ độ rộng băng khối kết tập sóng mang.

Hình 1.3 Ví dụ về khối kết tập sóng mang

1.6.2 Giải pháp đa anten mở rộng
Các công nghệ đa anten, bao gồm định dạng chùm và ghép kênh theo không gian là
các thành phần công nghê then chốt vốn có của LTE và chắc chắn sẽ tiếp tục đóng vai trò
quan trọng hơn trong LTE-Advanced. Thiết kế đa anten hiện tại cung cấp lên đến bốn cổng
anten với các tín hiệu tham chiếu ô cụ thể tương ứng ở đường xuống, kết hợp với sự tiền mã
hóa dựa trên sổ mã. Cấu trúc này cung cấp cả sự ghép theo không gian lên đên bốn lớp, đưa
đến tốc độ bit đỉnh là 300Mbit/s cũng như là định dạng chum. Kết hợp với nhau trên độ rộng
băng toàn phần là 100 Mhz, sơ đồ ghép không gian LTE-Advanced sẽ đạt được tốc độ đỉnh
là 1,5Gb/s vượt xa so với yêu cầu của LTE-Advanced. Có thể thấy trước rằng hỗ trợ ghép
kênh theo không gian đường lên sẽ là một phần của LTE-Advanced. Việc tăng số lớp truyền
dẫn đường xuống vượt xa con số bốn là có khả năng và có thể được sử dụng như là phần bổ
sung đối với sự tăng tốc dữ liệu đỉnh thông qua sự mở rộng băng tần.

1.6.3 Truyền dẫn đa điểm phối hợp
Mục tiêu về tốc độ dữ liệu đỉnh của LTE-Advanced yêu cầu sự cải thiện đáng kể về tỉ
lệ tín hiệu trên nhiễu SNR ở thiết bị đầu cuối, định dạng chùm là một cách. Ở các mạng hiện
tại, nhiều anten nằm phân tán về mặt địa lí kết nối đến một đơn vị xử lí băng gốc trung tâm

được sử dụng nhằm đem lại hiệu quả về chi phí. Mô hình triển khai thu/phát đa điểm phối


hợp với quá trình xử lí băng gốc ở một nút đơn được mô tả ở hình1.9. Ở đường xuống, nó
chỉ ra sự phối hợp truyền dẫn từ đa điểm.

Hình 1.4 Truyền dẫn đa điểm phối hợp

1.6.4 Các bộ lặp và chuyển tiếp
Từ việc xem xét quĩ đường truyền, các giải pháp chuyển tiếp khác nhau được dùng để
giảm khoảng cách đường truyền trực tiếp từ máy phát và máy thu dẫn đến hệ quả hiển nhiên
là tốc độ dữ liệu sẽ tăng. Các bộ lặp đơn giản sau khi nhận dữ liệu sẽ khuếch đại và chuyển
đi tiếp tục đến đích. Khi được cài đặt, các bộ lặp liên tục chuyển đi tín hiệu thu được mà
không quan tâm đến có thiết bị đầu cuối trong vùng phủ sóng của nó hay không. Tuy nhiên,
có thể xem xét các cấu trúc bộ lặp cao cấp hơn, chẳng hạn cấu trúc trong đó mạng có thể
điều khiển công suất truyền của bộ lặp. Chẳng hạn, bộ lặp chỉ được bật khi người sử dụng
hiện diện trong khu vực được điều khiển bởi bộ lặp nhằm tăng tốc độ dữ liệu cung cấp trong
khu vực. Các báo cáo đo đạc bổ sung từ các thiết bị đầu cuối có thể cũng được xem xét như
là phương tiện hướng dẫn mạng mà trong đó các bộ lặp được bật lên. Tuy nhiên, việc điều
khiển tải truyền dẫn và lập biểu thường nằm ở trạm gốc và vì vậy, các bộ lặp thường trong
suốt từ khía cạnh di động.
Nút trung gian cũng có thể giải mã và tái hóa bất kì số liệu thu được, ưu tiên chuyển
tiếp nó đến người sử dụng được phục vụ. Đây thường được xem là chuyển tiếp “giải mã và
chuyển tiếp”. Khi nút trung gian giải mã hóa và tái mã hóa khối dữ liệu thu được thì tạo ra
trễ đáng kể, lâu hơn độ dài khung con LTE 1ms. Tuy nhiên, các nút chuyển tiếp không


truyền tiếp các tạp âm và sự thích nghi tốc độ có thể được thực hiện một cách riêng rẽ cho
mỗi kết nối.
Đối với các bộ lặp, tồn tại nhiều tuỳ chọn khác nhau phụ thuộc vào các tính năng

được hỗ trợ nhưng ở mức cao, có thể phân biệt hai tầng khác nhau, dựa trên việc truyền tiếp
được thực hiện ở lớp 2 (chuyển tiếp lớp 2) hay lớp 3 (chuyển tiếp lớp 3).
Mặc dù giống nhau ở nhiều điểm cơ bản (trễ, không khuếch đại tạp âm), giải pháp
self backhauling không yêu cầu bất kì nút, giao thức hoặc giao diện mới nào để chuẩn hoá
bởi vì các giải pháp đang tồn tại được tái sử dụng và do đó có thể được ưa chuộng hơn trên
các kỹ thuật cùng chức năng của chúng.

Hình 1.5 Chuyển tiếp trong LTE – Advanced

1.6 Kết luận
Mạng LTE – Advanced ra đời thể hiện các ưu điểm so với mạng LTE và các mạng
3G thế hệ trước. Chương này đã trình bày những tiêu chuẩn của mạng LTE và LTE –
Advanced và một số kỹ thuật của mạng trong đó có giải pháp chuyển tiếp Relay. Trong
chương 2 sẽ phân tích giải pháp này trong hệ thống thông tin di động và trong mạng LTE –
Advanced.


CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ CHUYỂN TIẾP TRONG LTEADVANCED

2.1 Viễn cảnh về công nghệ chuyển tiếp trong LTE-ADVANCED
2.1.1 Tổng quan
LTE – Advanced (Long Term Evolution – Advanced) là sự tiến hoá của công nghệ
LTE. Công nghệ dựa trên OFDMA này được chuẩn hoá bởi 3GPP trong phiên bản (Release)
8 và 9. LTE – Advanced được hoàn thành nhằm đáp ứng hoặc vượt hơn so với những yêu
cầu của thế hệ công nghệ vô tuyến di động thứ 4 (4G). LTE – Advanced tương thích ngược
và thuận với LTE, nghĩa là có thể triển khai LTE – Advanced mà không ảnh hưởng đến thiết
bị đầu cuối hiện tại. khả năng tương thích phổ như vậy là cực kỳ quan trọng trong việc
chuyển đổi thông suốt trong mạng lưới từ LTE sang LTE – Advanced với chi phí thấp.
Trong quá trình chuẩn hoá hệ thống thông tin di động LTE – Advanced, công nghệ
trạm chuyển tiếp được xem xét nghiên cứu và đưa vào hệ thống. Công nghệ Relay trong

LTE – Advanced được nghiên cứu từ tháng 1 năm 2009 và kết thúc vào tháng 12 năm 2009.
Việc nghiên cứu này bắt đầu với việc thảo luận các kịch bản triển khai tiềm năng mà công
nghệ này mang lại. Kịch bản này cung cấp những hướng dẫn rất có giá trị cho các cuộc thảo
luận chung khác. Thông qua những mô hình kênh tích hợp, chúng ta có thể đánh giá chính
xác hiệu năng của hệ thống sử dụng công nghệ Relay, đó là tiền tố quan trọng để lựa chọn
các kỹ thuật phù hợp và đánh giá giá trị trong việc kinh doanh của hệ thống với những kịch
bản tương ứng. Một cơ sở hạ tầng mạng dầy đặc có thể được triển khai bằng cách triển khai
các trạm chuyển tiếp Relay, điều này làm giảm khoảng cách người dùng thiết bị di động UE
đến trạm phát sóng, do đó đạt tốc độ truyền tải cao hơn. Bán kính vùng phủ sóng và năng lực
tại vùng biên giới của Cell phủ sóng vẫn còn tương đối nhỏ do tỉ số SINR thấp. Việc phát
triển các Node trạm chuyển tiếp Relay tại các vùng biên giới của Cell phủ sẽ giúp răng
cường năng lực vùng phủ và mở rộng bán kính vùng phủ sóng.


Theo cách mà liên kết truyền dẫn không dây được phân bố, các RNs được phân loại
như sau:
-Trong băng, khi kết nối backhaul được phân bố trên cùng tần số sóng mang như các
kết nối truy nhập.
-Ngoài băng, khi kết nối backhaul và kết nối truy nhập được phân bố tần số khác
nhau.
Relay được kỳ vọng sẽ mở rộng sự phủ sóng một cách hiệu quả trong nhiều loại địa
hình, những nơi mà hệ thống cũ khó triển khai.

Hình 2.1: Minh họa kỹ thuật chuyển tiếp

2.1.2. Sự cần thiết của Relay với LTE-Advanced
Một trong những điểm chính để ưu tiên sử dụng Relay cho LTE – Advanced là hướng
tới tốc độ dữ liệu cao hơn. Tuy nhiên tất cả các công nghệ thường bị giảm tốc độ dữ liệu ở
rìa của ô, nơi mà mức độ tín hiệu thấp hơn và mức độ can thiệp từ nhiều ô khác cũng như
BTS khác thường cao hơn.

Việc sử dụng các công nghệ như MIMO, OFDM và kỹ thuật sửa lỗi tiên tiến
(Turbo,..) thường yêu cầu nhiều điều kiện hơn để thực hiện, nhưng không giảm thiểu hoàn
toàn các vấn đề về tốc độ và ảnh hưởng của nhiễu ở rìa của ô (cell edge)


Do đó, hiệu năng hệ thống tại rìa các ô trở nên rất quan trọng. Nhiều công nghệ đã
được đưa ra nhưng đều gặp phải những hạn chế. Cần thiết hơn để tìm ra một giải pháp có thể
nâng cao hiệu năng thực hiện ở rìa ô với giá thành đầu tư thấp. Một giải pháp được cho là
phù hợp với những mục đích này là công nghệ Relay.

2.1.3. Các vấn đề cơ bản về Relay trong LTE-Advanced
Relay trong LTE – Advanced khác với việc sử dụng một repeater - một thiết bị phát
lại tín hiệu. Một Relay sẽ nhận, giải điều chế và giải mã dữ liệu, thực hiện sửa lỗi…và sau
đó truyền lại tín hiệu mới này. Với cách này, chất lượng tín hiệu được tăng cường trong một
trạm, mà không bị suy thoái, giảm tín hiệu do nhiễu khi sử dụng bộ repeater.
Đối với một Relay trong LTE - Advanced, UE giao tiếp với các nút chuyển tiếp,
chính là nơi sẽ trực tiếp thực hiện giao tiếp kết nối với một eNodeB. Các nút chuyển tiếp có
thể tùy chọn hỗ trợ các chức năng lớp cao hơn, ví dụ giải mã dữ liệu người dùng từ eNodeB
và mã hóa lại dữ liệu trước khi truyền nó tới UE.
Trạm Relay là một trạm cố định - cơ sở hạ tầng hoàn toàn là những kết nối không
dây, thực hiện chuyển tiếp các thông điệp từ trạm gốc (BS: Base Station) tới các thiết bị di
dộng (MSs) thông qua các giao tiếp multi-hop (đa chặng).

2.1.4. Ưu, nhược điểm của việc sử dụng trạm chuyển tiếp Relay
2.1.4.1. Ưu điểm
-Tăng mật độ phủ mạng: các nút Relay (RN) trong LTE – Advanced được triển khai
một cách dễ dàng trong các trường hợp mà mục đích chủ yếu là tăng dung lượng mạng, bằng
cách tăng số lượng các eNodeB để đảm bảo tín hiệu từ tất cả người dùng là tốt nhất. Chuyển
tiếp trong LTE – Advanced rất dễ thiết lập cho người dùng những yêu cầu mà không cần
một kết nối backhaul riêng biệt và có thể dễ dàng tuỳ chỉnh nơi đặt thiết bị Relay như trên

tường, mái nhà, hay thậm chí là trên thiết bị khác như đèn đường…do đó, việc tăng vùng
phủ sóng được cải thiện.


Hình 2.2 Relay sử dụng để tăng mật độ phủ
- Mở rộng vùng phủ sóng: Relay trong LTE – Advanced có thể được sử dụng như
một phương pháp thuận tiện trong những khu vực hạn chế về khả năng phủ sóng mà hoàn
toàn không phải cài đặt một trạm gốc hoàn chỉnh. Relay có thể nhanh chóng thiết lập vùng
phủ mở rộng với những kết nối blackspot


Hình 2.3 Relay sử dụng cho mở rộng vùng phủ
Thêm đó là các nút Relay (Relay Node) có thể được sử dụng để tăng vùng phủ bên
ngoài vùng phát sóng chính. Với những anten có độ lợi cao và nếu anten có một kết nối tới
eNodeB, Relay sẽ được thay thế ở vị trí hợp lý. Nó có thể trở thành một phương tiện giao
tiếp tốt và cung cấp khả năng mở rộng vùng phủ sóng.
- Giúp tăng nhanh vòng phủ của mạng roll-out (mạng kết hợp dịch vụ khác nhau):
nếu không cần phải cài đặt các đường truyền backhaul, hoặc thiết lập các đỉnh anten lớn
hơn, công nghệ Relay trong LTE – Advanced có thể cung cấp một phương pháp rất dễ dàng
cho việc mở rộng phạm vi phủ sóng sớm hơn với mạng roll-out. Thêm nhiều eNodeB có thể
được cài đặt sau đó để có thể cải thiện tốc độ lưu lượng truyền đi.


Hình 2.4 Relay được sử dụng để cung cấp một mạng roll-out nhanh chóng

2.1.4.2. Nhược điểm
-Trong chuyển tiếp, Denode B sử dụng một vùng tài nguyên vô tuyến chung một
trong 3 liên kết: liên kết trực tiếp (Ues đến Denode B), liên kết Relay (từ Denode B đến
Relay) và liên kết truy nhập (từ Ues đến Relay). Trong chuyển tiếp trong băng, liên kết
Relay và liên kết truy nhập sử dụng chung tài nguyên vô tuyến thông qua sử dụng kỹ thuật

ghép kênh phân chia theo thời gian (TMA), do đó nó cũng làm giảm hiệu suất của RN.
-RNs có bán kính vùng phủ nhỏ do công suất phát thấp, độ lợi anten thấp và tổn hao
đường truyền cao theo số mũ.
-RNs cũng cần có tài nguyên vô tuyến để cho các đường kết nối Relay, để kết nối với
Denode B.
-RN cũng là nguyên nhân gây ra trễ hệ thống trong quá trình xử lý tín hiệu trước khi
truyền đi.

2.2 Phân loại Relay trong LTE-Advanced
2.2.1 Phân loại chung
Phần này sẽ đưa ra một số loại LTE-A Relay khác nhau có thể sử dụng. Tuy nhiên,
trước khi định nghĩa các loại trạm Relay, chúng ta cần tìm ra những điểm khác nhau để phân
loại.


Theo cách mà liên kết truyền dẫn không dây được phân bổ, các RNs (Relay Nodes)
có thể được phân loại như sau:
-Trong băng: Một LTE-Advanced Relay node được nói là trong băng nếu kết nối giữa
BS và nút Relay ở cùng tần số sóng mang như kết nối giữa LTE-A Relay và thiết bị người
sử dụng. Hay nói cách khác, kết nối BS-RN và BS-UE là tương tự tần số (kết nối backhaul
và kết nối truy nhập được phân bổ cùng tần số).
- Ngoài băng: Với một nút ngoài băng, các nút chuyển tiếp, kết nối BS-RN là khác
tần số sóng mang với kết nối RN-UE (hay khi kết nối backhaul và kết nối truy nhập được
phân bổ tần số khác nhau).
Một cách phân loại khác, đó là mục đích của Relay Node, chia ra làm 3 loại:
-Loại 1: những Relay điều khiển các ô của chúng với những phương thức truyền dẫn
riêng biệt bao gồm đồng bộ kênh và tham chiếu những ký hiệu. Relay loại 1 có trong phiên
bản phát hành 8 của 3GPP. Relay loại 1 đảm bảo cung cấp truyền dẫn bán song công trong
băng. Ở đây có thể chia loại 1 thành 2 loại nhỏ khác để chi tiết hơn về mục đích:
+ Loại 1.a: Loại này là RNs ngoài băng và các tính năng tương tự như loại 1, nhưng

chúng có thể truyền dẫn và nhận ở cùng thời gian – song công.
+ Loại 1.b: Loại này là một dạng trong băng. Chúng có một sự cô lập giữa anten sử
dụng cho liên kết BS-RN và liên kết RN-UE. Sự cô lập này đạt được bởi khoảng cách các
anten và định hướng cũng như các kỹ thuật xử lý tín hiệu kỹ thuật số chuyên dụng. Mặc dù
vậy, ở đây cũng cần quan tâm tới giá thành để thực hiện những điều này. Khả năng thực hiện
của các RN ở đây được dự đoán tương tự như của femtocell.
-Loại 2: loại này không có những cell bên trong nó mà nhìn như chỉ có 1 cell chính.
Một vài UE không có được sự phục vụ từ eNodeB chính. Thông tin điều khiển có thể được
truyền dẫn từ eNodeB và dữ liệu người sử dụng từ Relay.

2.2.2 Phân loại Relay trong LTE-Advanced
Ngoài phân loại theo các cách đã trình bày ở phần trên, ta còn có thể phân loại Relay
dựa trên các tiêu chuẩn sử dụng của các nút Relay trong mạng LTE – Advanced.


Hình 2.5 Đặc điểm của các loại Relay phân loại tron LTE-Advanced

2.2.2.1 Chuyển tiếp Layer-1
Chuyển tiếp layer 1 hay là Booster and Repeater. Đó là một bộ “Khuếch đại và
Chuyển tiếp” (Amplify and Forward), dạng kỹ thuật chuyển tiếp bởi Tần số vô tuyến (Radio
Frequency). Tín hiệu nhận được tại đường xuống từ trạm gốc được khuếch đại và chuyển tới
trạm di động. Theo 1 cách tương tự, tín hiệu RF nhận được tại đường lên ở trạm di động
được khuếch đại và chuyển tới trạm gốc. Các thiết bị đặc trưng của chuyển tiếp layer 1 rất
đơn giản, được sử dụng với chi phí lắp đặt thấp và xử lý các trễ ngắn liên kết với quá trình
chuyển tiếp. Với các đặc điểm đó, chuyển tiếp layer 1 đã được triển khai rộng rãi trong 2G
và 3G. Nó được triển khai với mục đích cải thiện độ phủ sóng tại các khu vực đồi núi, các
khu vực dân cư thưa thớt và khu vực thành thị như môi trường trong nhà. Tuy nhiên nó cũng
đồng thời khuếch đại tín hiệu nhiễu liên cell (inter-cell) và tạp âm cùng với các tín hiệu
mong đợi. Điều này làm giảm SINR và giảm độ lợi, nâng cao thông lượng truyền dẫn.