1 | P a g e

Lời nói đầu

Trong những năm gần đây, cellular telephone network (ngắn gọn hơn là cellular
network) đã biến đổi thành những mạng truy cập chuyển gói rất mạnh mẽ, phục vụcho
cả truyền thoại lẫn truy cập Internet. Các mạng 3.5G hiện tại, chẳng hạn nhƣ
UMTS/HSPA cũng đã cung cấp những thông lƣợng lên đến vài Mbps cho những ngƣời
dùng riêng rẽ, và khả năng truy cập di động vào Internet từ các thiết bị cầm tay và máy
tính xách tay không còn đƣợc xem là thấp hơn một mối nối kết DSL hoặc cáp nữa. Thế
nhƣng, yêu cầu về băng thông và dung lƣợng vẫn không ngừng tăng lên do bởi lƣợng
ngƣời dùng gia tăng trongcác mạng ấy và do những ứng dụng đòi hỏi cao về băng thông
chẳng hạn nhƣ truyền phim ảnh và truy cập Internet di động từ máy tính xách tay. Vì
vậy, các nhà chế tạo mạng và các nhà điều hành mạng viễn thông cần tìm ra những
phƣơng cách nào đó để làm tăng dung lƣợng và hiệu năng làm việc trên các mạng của
họ, trong khi vẫn giữ giá thành thấp hay thậm chí còn giảm đi. Trong quá khứ, sự phát
triển của mạng truyền thông không dây chủ yếu liên quan đến việc thiết kế các mạng
truy nhập có dải tần cao hơn và thông lƣợng lớn hơn. Sau 3G, giờ đây có một sự phát
triển còn nhanh hơn nữa ở các mạng lõi, và quan trọng nhất là ở các thiết bị và ứng
dụng dành cho ngƣời dùng. Sự phát triển này tiếp tục những xu hƣớng công nghệ vốn
đã “đụng trần” trong thế giới mạng Internet “đƣờng truyền cố định” hiện nay. Các hệ
thống điện thoại chuyển kênh đang đƣợc thay thế bởi các công nghệVoIP, còn Web 2.0
thì khuyến khích ngƣời dùng trở thành những nhà sáng tạo nội dung và chia sẻ thông tin
của mình với toàn thế giới. Trong tƣơng lai, các mạng không dây broadband sẽ cómột
ảnh hƣởng rất quan trọng đối với xu hƣớng này, bởi lẽ điện thoại di động và máy tính
xách tay là những công cụ lý tƣởng để sáng tạo và tiêu thụ nội dung. Phần lớn các điện
thoại di động và máy tính xách tay hiện nay đều đã đƣợc trang bị những camera tiên
tiến, và khả năng quay phim chụp ảnh của chúng ngày càng tốt hơn. Mặt khác, chúng ta
đang chứng kiến các công nghệ mobile broadband ngày càng trở nên tƣơng đồng về mặt
giao tiếp vô tuyến(air interface) và kiến trúc nối mạng (networking architecture); chúng
đang đƣợc hội tụ thành một kiến trúc mạng dựa trên IP cùng với công nghệ giao tiếp vô

Danh mục từ viết tắt 5
Danh mục hình vẽ 6
Danh mục bảng biểu 7
Chƣơng 1 : Tổng quan về công nghệ LTE 8
1.1 Động cơ thúc đẩy LTE 8
1.2 Quá trình phát triển của LTE 8
1.3 Những mục tiêu của LTE 9
1.3.1 Yếu tố cơ bản LTE 9
1.3.2 Các yêu cầu chính của LTE 10
1.4 Sự phát triển của UMTS FDD và TDD 10
Chƣơng 2 : Cấu trúc vật lý LTE 12
2.1 Các thông số chính trong LTE 12
2.2 OFDMA và cấu trúc khung downlink 13
2.2.1 Thế nào là OFDM ? 13
2.2.2 LTE downlink 15
2.3 SC-FDMA và cấu trúc khung uplink 18
2.3.1 Tín hiệu SC-FDMA 18
2.3.2 Tham số SC-FDMA (FDD và TDD) 18
2.4 Kiến trúc mạng và các giao thức 19
2.4.1 Kiến trúc mạng LTE 19
2.4.2 Protocol task 21
2.4.3 Mapping between logical and transport channels 23
2.5 Phân loại UE LTE 25
2.6 System performance 26
2.6.1 Các nhân tố ảnh hƣởng tới công suất hệ thống LTE 26
2.6.2 LTE Capacity Evaluation 29
4 | P a g e

2.6.3 LTE Coverage and Link Budget 33
2.7 LTE mobility 34

DCCH
Dedicated Control Channel
DL-SCH
Downlink Shared Channel
DTCH
Dedicated Traffic Channel
ECM
EPS Connection Management
eNB
evolved Node B
EPC
Evolved Packet Core
EPS
Evolved packet system
E-UTRAN
Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network
HARQ
Hybrid Automatic Repeat Request
MAC
Medium Access Control
MIMO
Multiple Input Multiple Output
MME
Mobility Management Entity
NAS
Non-Access Stratum
P(C)CH
Paging (Control) Channel
PDCP
Packet Data Convergence Protocol

UL-SCH
Uplink Shared Channel

6 | P a g e

Danh mục hình vẽ
Hình 1.1 Lƣợng thuê bao WCDMA/HSPA 8
Hình 1.2 Quá trình phát triển LTE 9
Hình 1.3 19 worldwide leading mobile operators 9
Hình 1.4 Quá trình phát triển của FDD và TDD 11
Hình 2.1 Kỹ thuật OFDM 13
Hình 2.2 Sơ đồ máy phát tín hiệu OFDM 14
Hình 2.3 So sánh OFDM và OFDMA 14
Hình 2.4 OFDMA thông thƣờng 15
Hình 2.5 OFDMA time - frequency multiplexing 16
Hình 2.6 Cấu trúc frame OFDMA loại 1 17
Hình 2.7 Cấu trúc frame OFDMA loại 2 17
Hình 2.8 Tạo tín hiệu SC-FDMA 18
Hình 2.9 Sub-carrier trong SC-FDMA và OFDM 18
Hình 2.10 Cấu trúc mạng truy cập vô tuyến thông qua E-UTRAN 20
Hình 2.11 Mạng LTE 21
Hình 2.12 Giao thức truyền dữ liệu user plane 22
Hình 2.13 Giao thức truyền dữ liệu trong control plane 23
Hình 2.14 Mapping between logical and transport channels 23
Hình 2.15 Hiệu quả phổ hƣớng downlink trong trƣờng hợp 1 và 3 31
Hình 2.16 Hiệu quả phổ hƣớng uplink trong trƣờng hợp 1 và 3 32
Hình 2.17 Dung lƣợng VoIP 33
Hình 2.18 Phạm vi phủ sóng LTE (10MHz , FDD) 33
Hình 3.16 Quá trình handover trong mạng LTE 35
Hình 3.1 Mô hình một hệ MIMO 4x4 36

triển mạnh mẽ đƣợc mô ta qua hình 1.1.
LTE đƣợc chấp nhận trên toàn thế giới nhƣ quan điểm phát triển lâu dài cho các mạng
2G và 3G dựa trên các công nghệ WCDMA / HSPA, GSM / EDGE, TD-SCDMA và
CDMA2000.

Hình 1.1 Lượng thuê bao WCDMA/HSPA

1.2 Quá trình phát triển của LTE
LTE là thế hệ thứ tƣ của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển. UMTS thế hệ thứ ba dựa
trên WCDMA đã đƣợc triển khai trên toàn thế giới. Ðể đảm bảo tính cạnh tranh cho hệ
thống này trong tƣơng lai, tháng 11/2004 3GPP đã bắt đầu dự án nhằm xác định bƣớc
phát triển về lâu dài cho công nghệ di động UMTS với tên gọi Long Term Evolution.
9 | P a g e

Các chi tiết kỹ thuật liên quan chính thức đƣợc gọi là E-UTRA (truy cập vô tuyến mặt
đất) và E-UTRAN (mạng truy cập vô tuyến mặt đất). Hình 1.2 Quá trình phát triển LTE

Các giai đoạn phát triển của LTE đƣợc thể hiện qua hình 1.2 và các hãng khai thác di
động hàng đầu thế giới đã triển khai nhƣ hình 1.3.
Hình 1.3 19 worldwide leading mobile operators

1.3 Những mục tiêu của LTE
1.3.1 Yếu tố cơ bản LTE
Cơ bản thì LTE phải đáp ứng các yêu cầu sau:

Hình 1.4 Quá trình phát triển của FDD và TDD

12 | P a g e

Chương 2 : Cấu trúc vật lý LTE
Chương 2 mô tả cơ bản về công nghệ LTE bao gồm các thông số chính, cấu trúc một
khung uplink và downlink, kiến trúc mạng và các giao thức sử dụng trongLTE.

2.1 Các thông số chính trong LTE
Các thuộc tính liên quan của hệ thống LTE cùng dải tần hoạt động đƣợc tóm tắt lần lƣợt
trong các bảng 2-1 và và 2-2.
Frequency Range
Bảng 2-1 Các thông số chính trong LTE
Frequency
Range
UMTS FDD bands and UMTS TDD bands
Channel
bandwidth,
Resource
Block=180kHz
1.4 MHz
3 MHz
5 MHz
10 MHz
15 MHz
20 MHz
6
Resource
Blocks
15

300 Mbps (UE category 5, 4x4 MIMO, 20 MHz)
Uplink: 75 Mbps (20 MHz)
Peak Data
Rate
Downlink: 150 Mbps (UE category 4, 2x2 MIMO, 20 MHz)
300 Mbps (UE category 5, 4x4 MIMO, 20 MHz)
Uplink: 75 Mbps (20 MHz)
13 | P a g e

Bảng 2-2 Dải tần hoạt động của LTE 2.2 OFDMA và cấu trúc khung downlink
2.2.1 Thế nào là OFDM ?
OFDM- Orthogonal Frequency Division Multiplexing.
Là kỹ thuật điều chế đa sóng mang (multicarrier) trực giao, đƣợc mô tả nhƣ hình 2.1. Hình 2.1 Kỹ thuật OFDM14 | P a g e Ưu điểm
Hiệu suất sử dụng phổ tần cao: các băng tần con có thể chồng lấn lên nhau.
Có khả năng chống lại pha đinh chọn lọc theo tần số (ISI) tốt.

prefix dài có thể bao phủ các kích thớc ô lớn hơn với sự lan truyền trễ cao hơn của các
kênh vô tuyến. Các chiều dài cyclic prefix đƣợc lấy mẫu ( đơn vị đo bằng µs ).
Bảng 2-3 Bảng cấu hình cyclic prefix
Cấu hình
Kích thước
khối tài nguyên




Số lượng
các symbol




Chiều dài
cyclic prefix
trong các mẫu
Chiều dài cyclic
prefix ở μs
Cyclic prefix
bình thƣờng
Δf = 15kHz
12
7
160 cho symbol
đầu tiên
144 cho symbol
khác
Cấu trúc khung LTE downlink
17 | P a g e

Hai loại khung cấu trúc FS (Frame Structure ):
Loại 1 đƣợc chia sẻ bởi cả full - duplex FDD và half-duplex FDD nhƣ hình 2.6.
Loại 2 áp dụng cho TDD nhƣ hình 2.7.
Một radio frame có chiều dài 10 ms và có 20 slot (1slot là 0,5 ms).
Hai slot liền nhau tạo thành một subframe có chiều dài 1 ms.
Kênh quảng bá chỉ sử dụng QPSK.
Kích thƣớc tối đa khối thông tin = 6144 bit.
CRC-24 (Cyclic Redundancy Check) đƣợc sử dụng để phát hiện lỗi.

Hình 2.6 Cấu trúc frame OFDMA loại 1

Hình 2.7 Cấu trúc frame OFDMA loại 2
18 | P a g e

2.3 SC-FDMA và cấu trúc khung uplink
2.3.1 Tín hiệu SC-FDMA
Quá trình tạo ra tín hiệu đƣợc thể hiện qua hình 2.8.
Các symbol đƣợc DFT "trƣớc khi mã hóa" để chuyển sang miền tần số.
Sub-carrier mapping cho phép ánh xạ linh hoạt tín hiệu có sẵn sub-scarrier, IFFT và
chèn cyclic prefix (CP) nhƣ trong OFDM, Hình 2.8 Tạo tín hiệu SC-FDMA

Mỗi sub-carrier mang một phần data symbol DFT chồng lên nhau , do đó SC-FDMA

Bearer là một lƣu lƣợng gói tin IP với một QoS xác định giữa gateway và UE.
CN chịu tránh nhiệm quản lý các UE và thiết lập các bearers.
20 | P a g e Hình 2.10 Cấu trúc mạng truy cập vô tuyến thông qua E-UTRAN

Các node logical chính trong EPC là:
PDN Gateway (P-GW).
S-GW (Serving Gateway).
MME (Mobility Management Entity).
EPC cũng bao gồm các node khác với chức năng nhƣ sau:
HSS (Home Subscriber Server).
PCRF (Policy Control and Charging Rules Function).
EPS chỉ cung cấp một đƣờng dẫn bearer của một QoS nhất định, kiểm soát của các ứng
dụng đa phƣơng tiện đƣợc cung cấp bởi các hệ thống con đa phƣơng tiện IP (IMS – IP
Multimedia Subsystem), bên ngoài EPS .
E-UTRAN chỉ chứa các trạm cơ sở phát triển, đƣợc gọi là eNodeB hoặc eNB. 21 | P a g e Hình 2.11 Mạng LTE

2.4.2 Protocol task
Trong UMTS, các dòng dữ liệu đƣợc phân chia thành hai mặt phẳng (plane) khác nhau:
user plane và control plane. Dữ liệu chạy trong user plane là loại dữ liệu đƣợc trao đổi
trực tiếp và dễ hiểu giữa ngƣời dùng và mạng, nhƣ dữ liệu thoại và các gói IP chẳng
hạn. Control plane thì chịu trách nhiệm về tất cả dữ liệu báo hiệu trao đổi giữa ngƣời

NAS (Non – Access Stratum)
Xác định giữa UE và MME để điều khiển quá trình di động của UE.
RRC (Radio Resource Control)
Xác định giữa UE và eNB để điều khiển quá trình thiết lập, giải phóng, và cấu
hình của tài nguyên vô tuyến.
23 | P a g e Hình 2.13 Giao thức truyền dữ liệu trong control plane

2.4.3 Mapping between logical and transport channels
Đƣợc đơn giản hóa kiến trúc nhƣ hình 2.14.

Hình 2.14 Mapping between logical and transport channels

24 | P a g e

Logical Channel
Control Logical Channel
BCCH (Broadcast Control CHannel)
Đây là kênh downlink dùng để quảng bá thông tin hệ thống SI (System
Information) và những thông điệp hệ thống cảnh báo chung – PWS (Public
Warning System). Trong lớp RLC, nó gắn liền với bộ phận TM RLC (Transparen
Mode RLC).
CCCH (Common Control CHannel)
Kênh này dùng để cung cấp thông tin điều khiển ở cả uplink và downlink khi
không có xác nhận liên kết giữa một EU và một eNodeB (ví dụ : trong quá trình
thiết lập kết nối ). Trong lớp RLC , nó gắn liền với bộ phận TM RLC.
PCCH (Paging Control CHannel)
Đây là kênh downlink dùng để thông báo cho các UEs về một cuộc gọi đến hoặc

nhắn kiểm soát. Ngoài ra, phần còn lại của SI không đƣợc truyền qua BCH sẽ
đƣợc truyền tải trên DL-SCH.
MCH (Multicast Channel)
Kênh này đƣợc dùng để truyền dữ liệu ngƣời dùng MBMS(Multimedia
Broadcast/Multicast Service) hoặc tin nhắn kiểm soát yêu cầu kết hợp MBSFN
(Multimedia Broadcast Single Frequency Network).
PCH (Paging Channel)
Kênh này đƣợc dùng để truyền tải thông tin phân trang cho UE, và thông báo cho
các UEs về bản cập nhật của và tin nhắn PWS (Public Warning System).
Uplink Transport Channel
UL-SCH (UpLink Shared Channel)
Dùng để truyền dữ liệu ngƣời dùng hƣớng uplink hoặc tin điều khiển.
RACH (Random Access CHannel)
Để truy cập vào mạng khi UE không có đồng bộ hóa thời gian uplink chính xác,
hoặc khi các UE không có nguồn tài nguyên truyền dẫn uplink đƣợc phân bố.
2.5 Phân loại UE LTE
Việc phân loại UE LTE dựa vào tham số uplink và downlink đƣợc tóm tắt nhƣ bảng 2-
6. Dữ liệu đƣợc hỗ trợ trong phạm vi từ 5 tới 75Mbps theo hƣớng uplink và từ 10 tới
300Mbps theo hƣớng đƣờng xuống. Tất cả các thiết bị hỗ trợ cho 20MHz băng thông
cho việc truyền và nhận, giả sử rằng băng tần đƣa ra đã đƣợc xác định. Đó là dự đoán
trƣớc mà đối với hầu hết các trƣờng hợp còn với các băng tần đƣợc quan tâm là dƣới
1GHz là với băng thông nhỏ nhất và khi đó sự hỗ trợ lên tới 20MHz là không đƣợc chỉ
định. Với băng tần trên 1GHz, băng thông dƣới 5MHz là không cần thiết, chỉ có thiết
bị loại 5 thực hiện 64QAM trong uplink, các loại khác sử dụng QPSK và 16QAM. Sự
phân tập thu và MIMO có trong tất cả các chủng loại, trừ loại
1 là không hỗ trợ MIMO.

Các bậc trong tốc độ dữ liệu lên tới 300Mbps với loại 5 là đạt đƣợc với việc truyền
dẫn MIMO với bốn ăng ten, trong đó không đƣợc hỗ trợ với các loại khác.