HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
TRẦN ĐẠI NGHĨA Luận văn được hoàn thành tại :
HỌC VIỆN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Người hướng dẫn khoa học :TS. VŨ TRƯỜNG THÀNH
Phản biện 1:
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
Phản biện 2 :
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………….
Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn Thạc sỹ tại Học Viện Công Nghệ
Bưu Chính Viễn Thông. CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN MẠNG DI ĐỘNG LTE
1.1 Giới Thiệu Chương.
Để đáp ứng 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 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, tiêu chuẩn chất lượng mạng LTE và các giải pháp nâng cao chất lượng
hệ thống trong mạng LTE.
1.2. Tổng Quan Mạng LTE.
LTE là một trong các con đường tiến tới 4G. LTE sẽ tồn tại trong giai đoạn đầu của
4G, tiếp theo đó sẽ là IMT-Advanced. 3GPP đã bắt đầu hướng đến IMT-Advance dưới
cái tên LTE-Advanced.
LTE được xem như là thế thệ thứ tư, thế hệ tương lai của chuẩn UMTS do 3GPP
phát triển.Năm 2008, phiên bản phát hành cuối cùng 3GPP 8, mang lại nhiều hơn sự
cải tiến đối với HSDPA và HSUPA, được xem như là phát hành đầu tiên của
LTE.3GPP phiên bản 9 tập trung vào những mở rộng đối với LTE. Mục tiêu của LTE
là cung cấp 1 dịch vụ dữ liệu tốc độ cao, độ trễ thấp, các gói dữ liệu được tối ưu, công
nghệ vô tuyến hỗ trợ băng thông một cách linh hoạt khi triển khai.
Các đặc điểm của LTE phát hành 9
- Tăng tốc độ truyền dữ liệu.
- Đảm bảo hiệu suất khi di chuyển .
- Giảm độ trễ đối với mặt phẳng người sử dụng và mặt phẳng điều khiển.
- Kỹ thuật chuyển mạch gói .
- Độ phủ sóng từ 5-100km .
Các đặc điểm nổi bật của công nghệ 4G là:
1.2.1. Hỗ trợ lưu lượng IP

Hạng mục Tiêu chuẩn IMT – Advanced
Peak Data Rate (Downlink) 1 Gbps
Peak Data Rate (Uplink) 500 Mbps
Cấp phát phổ tần > 40 MHz
Độ trễ (User Plane) 10 ms
Độ trễ (Control Plane) 100 ms
Hiệu suất phổ đỉnh (Downlink) 15 bps/Hz (4x4)
Hiệu suất phổ đỉnh (Uplink) 6,75 bps/Hz (2x4)
Hiệu suất phổ trung bình (Downlink) 2,2 bps/Hz (4x2)
Hiệu suất phổ trungbình (Uplink) 1,4 bps/Hz (2x4)
Hiệu suất phổ tại biên tế bào(Downlink) 0,06 bps/Hz (4x2)
Hiệu suất phổ tại biên tế bào (Uplink) 0,03 bps/Hz (2x4)
Khả năng di chuyển Tới 350 km/h.
1.4 Kiến trúc mạng LTE.
Hệ thống 3GPP LTE được thiết kế để đảm bảo rằng giao thức IP được kết nối giữa
giao diện UE vào mạng lõi( core Network ). LTE hỗ trợ cho các dịch vụ chuyển mạch
gói, hướng đến cung cấp các kết nối IP giữa các UE (User Equipment) và PDN (Packet
Data Network).Phương pháp chuyển mạch gói cho phép hỗ trợ tất cả các dịch vụ bao
gồm cả thoại thông qua các kết nối gói.
1.4.1. Mạng Lõi (Core Network).
Lõi tiến hóa (EPC) là sự phát triển của mạng lõi GSM và WCDMA.Kiến trúc tầng
của nó có thể đáp ứng được các dịch vụ thông lượng cao với độ trễ thấp hơn. EPC bao
gồm các node logic khác nhau như:
- Thực thể quản lý di động (MME).
- Cổng phục vụ (S-GW).
- Cổng mạng dữ liệu gói (P-GW).
- Chức năng điều khiển chính sách và các quy luật tính cước (PCRF).
- Server thuê bao tại nhà (HSS).
- Các dịch vụ Mutilcast Broadcast đa phương tiện (MBMS).
1.4.2 Mạng truy nhập (Access Network).

FDMA). Ưu điểm của SC-FDMA so với O-FDMA là tỉ lệ công suất trung bình đỉnh
(PAPR) nhỏ hơn do đó thiết kế bộ khuyếch đại công suất hiệu quả hơn.
Ví dụ : băng thông sóng mang là 10 Mhz thì có khoảng 50 RB.
10 Mhz = 50RB* 180kHz (9MHz) + 1 MHz ( băng bảo vệ) (1.1)
Khoảng thời gian của 1 RB được gọi là 1 khe cắm.
2 khe cắm gọi là 1 khung.
1.4.6 Các vấn đề về thu phát tín hiệu
Trong phần này chúng ta đề cập đến các lý thuyết và mô hình tính toán liên quan đế
thu phát tín hiệu
1.4.6.1 Chiều dài tín hiệu tiếp nhận
Trước tiên chúng ta muốn biết công suất tiếp nhân Prx là một hàm của khoảng cách d
và công suất chiều dài tính hiệu truyền Ptx . Khi giả định môi trường đô thị, Mô hình
suy hao đường truyền Hata được xem xét :
L(di ) = Lfix + 10a log10 (d) [dB] (1.2)
Trong đó Lfix là một tham số phụ thuộc vào chiều cao anten, tần số truyền sóng a là
tổn hao đường truyền theo quy luật hàm mũ, d là khoảng cách giữa MS với EnodeB
(km).
1.4.6.2 Nhiễu và tạp âm
Nhiễu
Nhiễu là 1 điều không mong muốn từ các thiết bị trong các Cell phục vụ khác nhau.
Bời vì trong Cấu trúc mạng LTE/E-UTRAN mỗi Cell sử dụng cùng băng tần giống
nhau, điều này này sinh một vấn đề. Để ngăn chặn điều này các EnodeB phải giao tiếp
với nhau VD: hai MS trên hai Cell phục vụ khác nhau sẽ không phát tần số giống nhau
tại 1 thời điểm.
Tạp âm
Tạp âm là 1 biến ngẫu nhiên trong tín hiệu điện. Tồn tại nhiều nguồn tạp âm khác
nhau như tạm âm do nhiệt độ, do bắn, tạp âm nhấp nháy và tạp âm nổ. Ở đây chúng
ta quan tâm đến tạp âm do nhiệt được mô tả bởi phương trình:
P= Kb T *∆f [W] (1.4)
Hoặc có thể tính theo dBm:

Avanced. Hình 1.7 Kết hợp sóng mang trong mạng LTE-Advanced.
1.5.2. Hệ MIMO bậc cao và định hướng búp sóng
LTE phiên bản 8 hỗ trợ tới 4 máy thu và máy phát trên eNB, tới 2 máy phát và 4 máy
thu cho UE. Khả năng tăng độ lợi thu từ các hệ MIMO và từ điều khiển búp sóng
(beamsteering) là hàm của số lượng các anten. Đề xuất có thể tăng con số này của hệ
thống lên đến 8x8 với eNB và 4x4 cho UE. Tại eNB, anten 4x đang được sử dụng. Nếu
tăng lên 8x phải lắp đặt thêm một số thiết bị trên cột để tránh chi phí khi tăng thêm
cáp.


công cộng như nhà ga sân bay .Phần lớn femtocell được triển khai trong nhà nên có sự
cách ly giữa femtocell và macrocell. Việc triển khai femtocell/hotspot không phải là để
cạnh tranh với micro/macro cell mà là để bổ sung, đảm bảo chất lượng hệ thống.

Hình 1.11.Femtocell trong LTE.
1.5.7. Điều phối và gạt nhiễu.
Sự áp dụng công nghệ OFDMA vào hệ thống thông tin di động tổ ong (bắt đầu từ
802.16e và tiếp tục với LTE/SAE) đã làm thay đổi lớn về gạt nhiễu ở biên tế
bào.Trong kỹ thuật OFDMA khả năng lập lịch chọn tần với kênh truyền đã mở ra khả
năng về tối ưu hóa các thông số trong tế bào nhưng nhiễu đồng kênh trong tế bào trở
nên biến đổi nhiều hơn.Việc nghiên cứu các tác động của loại nhiễu này vẫn đang
được tiến hành.
1.6. Kết luận chương
Mạng LTE ra đời đã thể hiện những ưu điểm vượt trội so với các mạng 3G thế hệ
trước. Chương này đã trình bày những tiêu chuẩn của mạng 4G IMT – Advanced của
ITU và đưa ra một số giải pháp để nâng cao chất lượng hệ thống, trong đó có vấn đề
Giải Pháp Relay trong mang LTE. Trong chương 2, chúng ta sẽ phân tích giải pháp
này trong hệ thống thông tin di động và trong mạng 4G LTE.
CHƯƠNG 2
GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ MẠNG RELAY TRONG LTE
2.1 Giới Thiệu Chương

2.2.1.2 Thủ tục UE liên kết.
Có 2 trường hợp liên quan đến thủ tục liên kết UE vào trạm chuyển tiếp. Trường hợp
thứ nhất UE ban đầu liên kết với trạm Relay khi khởi động và trường hợp khác là UE
ban đầu liên kết vơi trạm gốc sau khi khởi động, và bây giờ nó cần liên kết với trạm
chuyển tiếp sau khi lựa chọn lại vùng phủ Cell trong trạng thái RRC IDLE.
Trong trường hợp đầu tiên, việc hoàn thành kết nối logic S1 liên kết với UE tới
mạng lõi được thực hiện do 1 thiết lập kết nối RRC được kích hoạt bởi 1 nút chuyển
tiếp.
Trường hợp 2 thuộc về loại di động LTE trong trạng thái RRC IDLE.Tất cả các thủ
tục di động LTE trong trạng thái RRC-IDLE được thực hiện độc lập trong UE.
2.2.1.3 Thủ tục chuyển giao
2.2.1.3.1. Chuyển giao từ trạm Relay đến trạm gốc EnodeB
Trong RRC_CONNECTED, E-UTRAN quyết định Cell phủ mà UE nên chuyển giao
để đảm bảo đường truyền vô tuyến .
Trong hình trên dựa trên báo cáo đo đạc trên UE, nút chuyển tiếp quyết định có nên
bắt đầu một chuyển giao hay không. Nếu có, nút chuyển tiếp Relay sẽ lựa chọn một
mục tiêu Cell phủ cho UE.Sau đó, Relay sẽ gửi bản tin yêu cầu chuyển giao tới trạm
EnodeB.EnodeB sẽ tìm mục tiêu EnodeB từ bản tin và chuyển tiếp bản tin X2 hướng
tới EnodeB.Sau khi tiếp nhận bản tin báo nhận ACK yêu cầu chuyển giao, nút chuyển
tiếp gửi một lệnh chuyển giao tới UE.UE sau đó sẽ tách ra và đồng bộ với mục tiêu
EnodeB.
2.2.1.3.2 Chuyển giao từ EnodeB tới Relay
Trong trường hợp chuyển giao từ EnodeB đến Relay, thủ tục của nó giống như
chuyển giao từ nguồn EnodeB đến mục tiêu Enodeb khác.Từ quan điềm của UE, Relay
giống như một EnodeB. UE thông báo đo lường của nó tới nguồn EnodeB. Nguồn
EnodeB sẽ quyết định chuyển giao tới trạm Relay.Sau đó trạng thái chuyển giao được
thực hiện, yêu cầu chuyển giao được gửi đến trạm Relay thông qua EnodeB.Nếu trạm
chuyển tiếp Relay có thể chấp nhận UE, một bản tin được chuyển tới UE để bắt đầu
chuyển giao. Dữ liệu đường xuống đến tại EnodeB nguồn tới UE được truyền đến trạm
Relay.

2.3 Chuyển Tiếp Trong LTE
2.3.1.1 Chuyên tiếp loại 1.
Chuyển tiếp loại 1 còn được gọi với 1 cái tên khac là Booster hay Repeater. Đây là
một kiểu công nghệ chuyển tiếp khuyếch đại và chuyển tiếp tín hiệu (AF) bằng cách
tần số tín hiệu vô tuyến đường xuống ( downlink) từ trạm gốc sẽ được khuyếch đại và
truyền đến thiết bị người dùng UE Với những đặc điểm trên, chuyển tiếp loại 1 được
sử dụng rộng trong các hệ thống thông tin di dộng 2G và 3G. Nó được nghiên cứu để
mở rộng vùng phủ ở các khu vực đồi núi cao, các khu vực dân cư thưa thớt và các khu
vực nông thôn. Tuy nhiên nó cũng khuyếch đại đại nhiễu liên Cell (inter-cell) và tạp
âm cùng với tín hiệu mong đợi .
Điều này làm giảm tỉ số tín hiệu trên nhiễu SINR và làm giảm độ lợi nâng cao thông
lượng ( throughput-enhancement).
2.3.1.2 Chuyển tiếp loại 2.
Chuyển tiếp loại 2 là một kiểu công nghệ chuyển tiếp giải mã hóa và chuyển tiếp
(DF) bằng cách tín hiệu tiếp nhận RF đường xuống từ trạm gốc được giải điều chế và
giải mã hóa và sau đó được giải mã hóa và điều chế một lần nữa trước khi chuyển đến
cho thiết bị người dùng UE. Việc xử lý giải mã hóa và giải điều chế được thực hiện tại
các trạm chuyển tiếp đã qua. Điều này làm tăng tỉ số SINR, các nhiễu liên Cell và tạp
âm sẽ được xử lý và không được khuyếch đại chuyển tiếp. Do đó nâng cao thông
lượng sẽ tốt hơn khi so sánh với chuyển tiếp loại 1.
2.3.1.3 Chuyển tiếp loại 3
Chuyển tiếp loại 3 cũng thực hiện tiếp giải điều chế và giải mã hóa của tín hiệu vô
tuyến RF tiếp nhận trên đường xuống từ trạm gốc nhưng sau đó cũng thực hiện xử lý
(mật mã hóa (Ciphering), sự ghép nối/ phân chia/ ráp lại dữ liệu người dùng User-data)
để truyền lại dữ liệu người dùng trên giao diện vô tuyến và cuối cùng thực hiện giải mã
hóa và điều chế và truyền đến thiết bị người dùng UE. Cũng giống như chuyển tiếp
loại 2, chuyển tiếp loại 3 cũng làm cải thiện thông lượng bằng các loại bỏ nhiễu liên
Cell (inter-cell) và tiếng ồn .
2.4 Truy nhập vô tuyến cho các trạm chuyển tiếp Relay.
2.4.1 Cấu hình khung vô tuyến cho các trạm chuyển tiếp

2.7 Kiến trúc mạng cho các trạm chuyển tiếp
Trạm chuyển tiếp (Relay station) phải có chức năng tương ứng với những chức năng
của trạm phát sóng gốc, các nghiên cứu mới phải được thực hiện trên những chức năng
điều khiển và phương thức truyền tải người dùng cần thiết tại giao diện giữa trạm phát
sóng gốc và trạm chuyển tiếp và tại giao diện giữa trạm chuyển tiếp và 1 trạm chuyển
mạch như là một thực thể quản lý di dông (MME) hoặc là cổng phục vụ (S-PW). Hình 2.10 Kiến trúc mạng vô tuyến cho trạm chuyển tiếp loại 3.
2.8 Kết Luận Chương
Trong chương này luận văn đã giới thiệu toàn cảnh công nghệ chuyển tiếp hiện tai
được tiêu chuẩn trong hệ thống LTE-Advanced. Cho đến nay trạm chuyển tiếp được
phát triển như môt Repeater để mở rộng vùng phủ cho hệ thống kết nối di động 3G tới
các vùng đồi núi, các vùng dân cư thưa thớt và các hải đảo xa xôi. Trong hệ thống
LTE, công nghệ chuyển tiếp loại 3 được giới thiệu thay vì các repeater (gây nhiễu liên
Cell( inter-cell) và tiếng ồn) làm cho tỉ số SINR tăng lên và tăng cường sử dụng thông
lượng hiệu quả. Các tiêu chuẩn kỹ thuật trạm truyển tiếp đang được nghiên cứu và phát
triển trong phiên bản LTE.10 để mở rộng vùng dịch vụ LTE một cách có hiệu quả và
kịp thời.
gặp một bất lợi, đó là tổng số băng thông được chia thành 3 phần và khối phân bổ tài
nguyên trong hệ thống LTE giảm đáng kể.
Thông qua việc sử dụng cùng tần số với trạm gốc là nguyên nhân gây ra nhiễu kênh
liên Cell (inter Cell co-channel interference).
3.3 Một Số Đăc Điểm Của Các Relay Station
3.3.1 Dựa trên tiêu chí kỹ thuật .
3.3.1.1 Relay Amlify and forward.
Chuyển tiếp khuyếch đại và chuyển tiếp AF: là một dạng chuyển tiếp song công,
khuyếch đại tín hiệu từ bước trước và truyền lại tới bước thứ 2. AF có một hạ chế là
khuếch đại cả nhiễu và tạp âm cùng với tín hiệu mong muốn . Điều này làm giảm tỉ
số SINR tổng thể cũng như hạn chế thông lượng của hệ thống. Trong chuyển tiếp AF,
tín hiệu truyền trên đường truy nhập có thể rò rỉ tới đường tiếp nhận tín hiệu chuyển
tiếp gây nhiễu vòng (Loop interference) .
3.3.1.2 Relay Decode and Forward.
Giải mã và chuyển tiếp (DF): là một kỹ thuật chuyển tiếp , toàn bộ tín hiệu tiếp nhận
từ nút trước được giải mã và truyền lại cho thiết bị người dùng UE. Nó gây ra trễ xử lý
tín hiệu và phức tạp trong quá trình mã hóa /giải mã hóa lại của tín hiệu.Trong chuyển
tiếp DF, thông lượng qua trạm chuyển tiếp Relay và các truy nhập liên kết có thể được
tối đa, nếu cả hai liên kết có thông lượng bằng nhau.
3.3.2 Dựa trên cơ sở hạ tầng.
3.3.2.1 Fixed Relay Sation.
RNs có thể được phân loại từ quan điểm triển khai mạng , nó có thể trao đổi thông
tin cho nhau và có thể triển khai trên các phương tiên giao thông di động . RNs cố định
thường được triển khai trong mạng để cải thiện vùng phủ sóng và năng lưc mạng tại
các vùng biên của Cell phủ, các vùng lõm do bị che chắn như trong hình sau : Hình 3.7 Trạm chuyển tiếp cố định.
Chúng có thể được sử dụng vùng phủ sóng trong mạng cho các người dùng bên
ngoài khu vực di dộng . RN có thể được triển khai trên các tháp , cột, các đỉnh của tòa

dụng nhiều hơn 1 RN sẽ mở rộng khu vực dịch vụ cho thiết bị người dùng UE.

Điều này cũng cho thấy rằng việc mở rộng khu vực dịch vụ lớn hơn không có nghĩa
làm gia tăng sự ảnh hưởng của trạm chuyển tiếp lên toàn bộ thông lượng và thời gian
chuyển gói tin trung bình trên Cell phủ đó.
3.4.2 Tổng số Thông lượng Uplink và ảnh hưởng đến khản năng của Cell
phục vụ.
Chúng tôi cũng làm theo kịch bản trong thí nghiệm trước nhưng khu vực dịch vụ
giảm xuống còn 500 zones và 499 sectors. Việc làm nhỏ vùng phục vụ sẽ làm tốc độ
mô phỏng nhanh hơn và cho kết quả mà không ảnh hưởng nhiều đến kết quả chính xác
của mô phỏng.
Phần mô phỏng này được thực hiện với tốc độ đến gói tin λ từ 4-7Mbit/s với 0,5 λ
mỗi bước, và trường hợp trạm chuyển tiếp và không có trạm chuyển tiếp.

Hình 3.13 Tốc độ đến của gói tin trong trường hợp có và không có trạm chuyển tiếp.
Trường hợp không triển khai trạm và triên khai trạm chuyển tiếp tại mức 25% đạt
công suất tối đa là 5.3Mbit/s. Trạm chuyển tiếp Relay mức 50% và 100% cho công
suất tối đa là 5,7 Mbit/s và trạm chuyển tiếp mức 75% đạt 5,8Mbit/s. Trong hình trên
chúng ta cũng thấy được tổng thông lượng hệ thống có thể tăng 10 % khi liên kết với 1
trạm chuyển tiếp.
Trong hình trên cũng thể hiện RN tại mức 75% cho kết quả tổng thông lượng đường
lên (uplink) cao nhất điều này không đồng nghĩa với khu vưc phục vục là lớn nhất. Lý
do có thể được giải thích ở 2 phần sau :
+Thời gian chuyển dữ liệu UE được hỗ trợ được tăng tương đối vì UE gần trạm
Relay hơn ở những vùng sóng yếu.