TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
CÁC THỦ TỤC TRUY NHẬP VÀ ĐỒNG BỘ
ĐƯỜNG XUỐNG TRONG LTE
Sinh viên thực hiện:
Giảng viên hướng dẫn: TS. PHẠM HẢI ĐĂNG

Hà Nội, 5-2013
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
CÁC THỦ TỤC TRUY NHẬP VÀ ĐỒNG BỘ
ĐƯỜNG XUỐNG TRONG LTE
Sinh viên thực hiện:
Giảng viên hướng dẫn: TS. PHẠM HẢI ĐĂNG
Cán bộ phản biện: PGS.TS. TRẦN THỊ C
Hà Nội, 5-2013
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: .…………….………….…… Số hiệu sinh viên: ………………
Khoá:…………………….Khoa: Điện tử - Viễn thông Ngành: ………………
1. Đầu đề đồ án:

Giảng viên hướng dẫn:
Cán bộ phản biện:
1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:

2. Nhận xét của cán bộ phản biện: Ngày tháng năm
Cán bộ phản biện
( Ký, ghi rõ họ và tên )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
HƯỚNG DẪN CÁCH TRÌNH BÀY VÀ VIẾT ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP
Dành cho sinh viên Viện Điện tử - Viễn thông, ĐHBK Hà nội (kể từ K51)

hiểu rõ thêm về những tiềm năng hấp dẫn mà công nghệ này sẽ mang lại.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS.Phạm Hải Đăng đã tận tình chỉ bảo
và hướng dẫn em hoàn thành đồ án này
Tuy nhiên do LTE là công nghệ vẫn đang được nghiên cứu, phát triển và
hoàn thiện cũng như là do những giới hạn về kiến thức của người trình bày nên đồ
án này chưa đề cập được hết các vấn đề của công nghệ LTE và không thể tránh
khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn.
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ VÀ MỤC TIÊU THIẾT KẾ
LTE
1.1 Giới thiệu về công nghệ LTE
LTE là thế hệ thứ tư tương lai của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển. UMTS thế
hệ thứ ba 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:
o Tải xuống: 100 Mbps; Tải lên: 50 Mbps
- Dung lượng dữ liệu truyền tải trung bình của một người dùng trên 1
MHz so với mạng HSDPA Rel. 6:
o 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)

LTE còn có ưu thế hơn WiMax vì được thiết kế tương thích với cả
phương thức TDD (Time Division Duplex) và FDD (Frequency Division Duplex).
Ngược lại, WiMax hiện chỉ tương thích với TDD (theo một báo cáo được công bố
đầu năm nay, WiMax Forum đang làm việc với một phiên bản Mobile WiMax tích
hợp FDD). TDD truyền dữ liệu lên và xuống thông qua 1 kênh tần số (dùng phương
thức phân chia thời gian), còn FDD cho phép truyền dữ liệu lên và xuống thông qua
2 kênh tần số riêng biệt. Điều này có nghĩa LTE có nhiều phổ tần sử dụng hơn
WiMax. Tuy nhiên, sự khác biệt công nghệ không có ý nghĩa quyết định trong cuộc
chiến giữa WiMax và TLE.
Bảng 1.1 Lộ trình phát triển của LTE và các công nghệ khác
Tuy nhiên LTE vẫn có lợi thế quan trọng so với WiMax. LTE được
hiệp hội các nhà khai thác GSM (GSM Association) chấp nhận là công nghệ băng
rộng di động tương lai của hệ di động hiện đang thống trị thị trường di động toàn
cầu với khoảng 2,5 tỉ thuê bao (theo Informa Telecoms & Media) và trong 3 năm
tới có thể chiếm thị phần đến 89% (theo Gartner) – những con số “trong mơ” đối
với WiMax. Hơn nữa, LTE cho phép tận dụng dụng hạ tầng GSM có sẵn (tuy vẫn
cần đầu tư thêm thiết bị) trong khi WiMax phải xây dựng từ đầu.
Thời thế đổi thay, nhận thấy lợi thế của LTE, một số nhà khai thác
mạng đã cân nhắc lại việc triển khai WiMax và đã có nhà khai thác quyết định từ
bỏ con đường WiMax để chuyển sang LTE, đáng kể trong số đó có hai tên tuổi lớn
nhất tại Mỹ là AT&T và Verizon Wireless. Theo một khảo sát do RCR Wireless
News và Yankee Group thực hiện gần đây, có đến 56% nhà khai thác di động chọn
LTE, chỉ có 30% đi theo 802.16e. Khảo sát cho thấy các nhà khai thác di động ở
Bắc Mỹ và Tây Âu nghiêng về LTE, trong khi các nước mới phát triển (đặc biệt là
ở khu vực châu Á - Thái Bình Dương) thì ủng hộ WiMax.
Bàng 1.2 So sánh LTE, Wimax R1(802.16e) và Wimax R2(802.16m)
Nhiều hãng sản xuất thiết bị đi nước đôi, một mặt tuyên bố vẫn ủng
hộ WiMax, mặt khác lại dốc tiền đầu tư cho LTE. Ngay như Intel, đầu tàu hậu
thuẫn WiMax, cũng “đổi giọng”. Cả Siavash M. Alamouti, giám đốc kỹ thuật
Wireless Mobile Group và Sean Maloney, giám đốc tiếp thị của Intel, trong các

Đại diện Sprint cho biết trong vòng 4-6 tháng tới nhà mạng này mới có thể có
những kế hoạch cụ thể và xác nhận rằng LTE có thể sẽ được triển khai. Tuy nhiên,
đại diện của nhà mạng nhấn mạnh rằng ngay trong trường hợp phát triển LTE thì
chuẩn này sẽ là sự bổ trợ cho hệ truyền dẫn dữ liệu trong khi Sprint vẫn sẽ trung
thành với chuẩn CDMA dùng cho đàm thoại truyền thống của mình.
-Dự báo phát triển LTE:
Theo nhận định của nhiều chuyên gia phân tích thị trường, mức tăng
trưởng thuê bao 4G LTE đã tăng vượt dự kiến ban đầu. Chỉ sau 3 năm kể từ ngày
công nghệ này được giới thiệu, từ con số 600,000 người dùng trong năm 2010, đến
năm 2012, số thuê bao của mạng này đã lên gần 100 triệu thuê bao.
Mới đây, công ty nghiên cứu thị trường HIS iSuppli đã dự báo, số thuê bao 4G LTE
sẽ tăng gấp đôi trong năm 2013. Đến năm 2016, dự kiến, sẽ có 1 tỷ thuê bao mạng
4G LTE trên toàn cầu.
“Khi LTE trở thành chuẩn công nghệ trên toàn cầu, nó sẽ phải đối
mặt với nhiều thách thức cũng như cơ hội. Sự thích ứng nhanh chóng sẽ đem đến
những đổi mới, đặc biệt đối với dòng smartphone. Tuy nhiên, vẫn đề đặt ra là sự
phân bổ mạng lưới 4G LTE cần phải được chú trọng”, ông Wayne Lam, chuyên gia
phân tích tại iSuppli nhận định.
LTE sẽ có lợi thế hơn so với GSM là nó có thể dễ dàng tích hợp với
3G, 2G cũng như CDMA mà không thay đổi nhiều hạ tầng viễn thông. Hiện nay, có
gần 300 công ty cung cấp dịch vụ mạng trên toàn cầu đang điều hành hoặc lập kế
hoạch xây dựng mạng lưới LTE.
Bảng1.3 Dự báo số lượng thuê bao LTE toàn cầu
Trước đó, năm 2010, giới phân tích dự đoán, LTE có thể đạt được
con số 300 triệu thuê bao vào năm 2015. Tuy nhiên, trước sự phát triển mạnh mẽ
của mạng lưới này, iSuppli tin rằng, đến năm 2014, mạng LTE sẽ đạt được con số
trên.
Sở dĩ, iSuppli lạc quan trước sự phát triển của mạng LTE là do chỉ trong năm 2012,
thuê bao LTE đã tăng 599%, từ 13,2 triệu thuê bao trong năm 2011 lên 92,3 triệu
thuê bao sau 1 năm. Dự báo, kết thúc năm 2013, số thuê bao LTE sẽ đạt 198,1 triệu

dùng (the user-plane latency requirements). Yêu cầu độ trễ control-plane xác định
độ trễ của việc chuyển từ các trạng thái thiết bị đầu cuối không tích cực khác nhau
sang trạng thái tích cực khi đó thiết bị đầu cuối di động có thể gửi và nhận dữ liệu.
Có hai cách xác định: cách xác định thứ nhất được thể hiện qua thời gian chuyển
tiếp từ trạng thái tạm trú (camped state) chẳng hạn như trạng thái Release 6 idle
mode, khi đó thì thủ tục chiếm 100 ms; cách xác định thứ hai được thể hiện qua
thời gian chuyển tiếp từ trạng thái ngủ chẳng hạn như trạng thái Release 6
Cell_PCH, khi đó thì thủ tục chiếm 50 ms. Trong cả hai thủ tục này, thì độ trễ chế
độ ngủ và việc báo hiệu non-RAN đều được loại trừ. (Chế độ Release 6 idle là 1
trạng thái mà khi thiết bị đầu cuối không được nhận biết đối với mạng truy nhập vô
tuyến, nghĩa là, mạng truy nhập vô tuyến không có bất cứ thuộc tính nào của thiết
bị đầu cuối và thiết bị đầu cuối cũng không được chỉ định một tài nguyên vô tuyến
nào. Thiết bị đầu cuối có thể ở trong chế độ ngủ và chỉ lắng nghe hệ thống mạng tại
những khoảng thời gian cụ thể. Trạng thái Release 6 Cell_PCH là trạng thái khi mà
thiết bị đầu cuối không được nhận biết đối với mạng truy nhập vô tuyến. Tuy mạng
truy nhập vô tuyến biết thiết bị đầu cuối đang ở trong tế bào nào nhưng thiết bị đầu
cuối lại không được cấp phát bất cứ tài nguyên vô tuyến nào. Thiết bị đầu cuối lúc
này có thể đang trong chế độ ngủ).
Yêu cầu độ trễ mặt phẳng người dùng được thể hiện quan thời gian để
truyền một gói IP nhỏ từ thiết bị đầu cuối tới nút biên RAN hoặc ngược lại được đo
từ lớp IP. Thời gian truyền theo một hướng sẽ không vượt quá 5 ms trong mạng
không tải (unloaded network), nghĩa là không có một thiết bị đầu cuối nào khác
xuất hiện trong tế bào.
Xét về mặt yêu cầu đối với độ trễ mặt phẳng điều khiển, LTE có thể
hỗ trợ ít nhất 200 thiết bị đầu cuối di động ở trạng thái tích cực khi hoạt động ở
khoảng tần 5 MHz. Trong mỗi phân bố rộng hơn 5 MHz, thì ít nhất có 400 thiết bị
đầu cuối được hỗ trợ. Số lượng thiết bị đầu cuối không tích cực trong tế bào không
nói rõ là bao nhiêu nhưng có thể là cao hơn một cách đáng kể.
1.3.2 Hiệu suất hệ thống
Các mục tiêu thiết kế công năng hệ thống LTE sẽ xác định lưu lượng

có đặc tính kỹ thuật về yêu cầu hiệu suất nào được nói rõ trong trường hợp này.
Những yêu cầu MBMS nâng cao xác định cả hai chế độ: broadcast
(quảng bá) và unicast. Nhìn chung, LTE sẽ cung cấp những dịch vụ tốt hơn so với
những gì có thể trong phiên bản 6. Yêu cầu đối với trường hợp broadcast là hiệu
suất phổ 1 bit/s/Hz, tương ứng với khoảng 16 kênh TV di động bằng cách sử dụng
khoảng 300 kbit/s trong mỗi phân bố phổ tần 5 MHz. Hơn nữa, nó có thể cung cấp
dịch vụ MBMS với chỉ một dịch vụ trên một sóng mang, cũng như là kết hợp với
các dịch vụ non-MBMS khác. Và như vậy thì đương nhiên đặc tính kỹ thuật của
LTE có khả năng cung cấp đồng thời cả dịch vụ thoại và dịch vụ MBMS.
1.3.3 Các vấn đề liên quan đến việc triển khai
Các yêu cầu liên quan đến việc triển khai bao gồm các kịch bản triển
khai, độ linh hoạt phổ, trải phổ, sự cùng tồn tại và làm việc với nhau giữa LTE với
các công nghệ truy cập vô tuyến khác của 3GPP như GSM và WCDMA/HSPA.
Những yêu cầu về kịch bản triển khai bao gồm: trường hợp mà hệ
thống LTE được triển khai như là một hệ thống độc lập và trường hợp mà LTE
được triển khai đồng thời với WCDMA/HSPA hoặc GSM. Do đó mà yêu cầu này
sẽ không làm giới hạn các tiêu chuẩn thiết kế.
Vấn đề cùng tồn tại và có thể hoạt động phối hợp với các hệ thống
3GPP khác và những yêu cầu tương ứng đã thiết lập ra những điều kiện về tính linh
động giữa LTE và GSM, và giữa LTE và WCDMA/HSPA cho thiết bị đầu cuối di
động hỗ trợ những công nghệ này. Thời gian gián đoạn dài nhất trong liên kết vô
tuyến khi phải di chuyển giữa các công nghệ truy cập vô tuyến khác nhau, bao gồm
cả dịch vụ thời gian thực và phi thời gian thực. Có một điều đáng chú ý là những
yêu cầu này không được chặt chẽ cho lắm đối với vấn đề gián đoạn trong chuyển
giao và hy vọng khi mà triển khai thực tế thì sẽ đạt được những giá trị tốt hơn đáng
kể.
Yêu cầu về việc cùng tồn tại và có thể làm việc với nhau cũng xác
định việc chuyển đổi lưu lượng multicast từ phương pháp broadcast trong LTE
thành phương pháp unicast trong cả GSM hoặc WCDMA, mặc dù không có số
lượng cho trước.

Việc hỗ trợ hiệu quả cho truyền dẫn ở lớp cao hơn đòi hỏi LTE RAN
phải có khả năng cung cấp cơ cấu để hỗ trợ truyền dẫn hiệu suất cao và hoạt động
của các giao thức ở lớp cao hơn qua giao tiếp vô tuyến, chẳng hạn như quá trình
nén tiêu đề IP (IP header).
Việc hỗ trợ chia sẻ tải và quản lý chính sách thông qua các công nghệ
truy cập vô tuyến khác nhau đòi hỏi phải xem xét đến việc lựa chọn lại các cơ cấu
để định hướng các thiết bị đầu cuối di động theo các dạng công nghệ truy cập vô
tuyến thích hợp đã được nói rõ cũng như là hỗ trợ QoS end to end trong quá trình
chuyển giao giữa các công nghệ truy cập vô tuyến.
1.3.6 Độ phức tạp
Yêu cầu về độ phức tạp trong LTE xác định độ phức tạp của toàn hệ
thống cũng như là độ phức tạp của thiết bị đầu cuối di động. Về cơ bản thì những
yêu cầu này đề cập đến số lượng những tùy chọn có thể tối thiểu hóa với những đặc
tính dư thừa không bắt buộc. Điều này cũng đưa đến việc tối giản những trường
hợp kiểm thử cần thiết.
1.3.7 Những vấn đề chung
Phần này đề cập đến những yêu cầu chung trong LTE về những khía
cạnh liên quan đến chi phí và dịch vụ. Rõ ràng, mong muốn đặt ra là giảm thiểu các
chi phí trong khi vẫn duy trì hiệu suất yêu cầu cho tất cả các dịch vụ. Các vấn đề về
đường truyền, hoạt động và bảo dưỡng cũng liên quan đến yếu tố chi phí. Như vậy
không chỉ giao tiếp vô tuyến, mà việc truyền tải đến các trạm gốc và hệ thống quản
lý cũng phải được xác định rõ. Một yêu cầu quan trọng về giao tiếp nhiều nhà cung
cấp (multi-vendor interfaces) cũng thuộc vào loại yêu cầu này. Ngoài ra thì các vấn
đề như: độ phức tạp thấp, thiết bị đầu cuối di động tiêu thụ ít năng lượng cũng được
đòi hỏi.
1 CHƯƠNG 2
KỸ THUẬT ĐỒNG BỘ TRONG OFDM
1.4 Mở đầu
Bất kỳ một hệ thống viễn thông nói chung nào cũng đều cần có khâu đồng bộ
giữa tín hiệu bên phát và tín hiệu bên thu để kỳ vọng có thể thu được tín hiệu đúng

những yếu tố chính ảnh hưởng đến sự mất đồng bộ. Khoảng dịch tần số sóng mang
gây ra nhiễu ICI và độ dịch khoảng thời gian gây ra nhiễu ISI.
Tổng quát, một quá trình đồng bộ trong hệ thống OFDM sẽ phải qua 3 bước
như hình 3.1:
- Nhận biết khung: tìm ra điểm đầu của khung OFDM.
- Ước lượng và bù khoảng dịch tần số FOE: nhằm bù lại sự thay đổi về
tần số ở phía thu.
- Bám đuổi lỗi thặng dư FOE (Frequency Offset Estimation): sửa lỗi sai
pha tín hiệu.
Quá trình nhận biết khung được thực hiện bằng cách sử dụng chuỗi PN vi
phân miền thời gian. Để ước lượng khoảng dịch tần số, cần sử dụng mối tương quan
trong miền thời gian của các symbol pilot hoặc các khoảng tiền tố lặp CP. Sự dịch
pha do ước lượng khoảng dịch tần số cũng như nhiễu pha được tối ưu bằng cách
dùng khóa pha số (DPLL).
Nhận
biết
khun
g
Ước lượng
khoảng
dịch tần số
FFT
Bám
đuổi
pha
Ước
lượng
kênh
Giải
mã