Tài liệu Nghiên cứu tổng quan hệ thống lớp vật lí công nghệ lte advanced

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG BỘ MÔN HỆ THỐNG VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN LỚP VẬT LÍ CÔNG NGHỆ LTE - ADVANCED Sinh viên thực hiện : NGUYỄN THÀNH LUÂN Lớp ĐT1 – K53 Giảng viên hướng dẫn : TS. NGUYỄN VŨ THẮNG Hà Nội, 06 – 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:…………………….Viện : Điện tử - Viễn thông Ngành: ………………........... 1. Đầu đề đồ án: ………………………………………………..…………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………..………..................... 2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: ……………………………………..……………………………………………..……..………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………….….. ………………………..…………………………………………………………………………………………………………. 3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: ………………………………………………………………………………………………………………..….……………… ……………………………………………………………………………………………………………………..….………… ……………………………………………………………………………………………………………………………..….… 4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ): ………………………………………………………………………………………………………………………..….………. …………………………………………………………………………………………………………………..……….………. …………………………………………………………………………………………………………………………………… 5. Họ tên giảng viên hướng dẫn: ………………………………………………………..…………………… 6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ………………………………………………….…………….. 7. Ngày hoàn thành đồ án: ………………………………………………………………………..…………….. Ngày tháng năm Chủ nhiệm Bộ môn Giảng viên hướng dẫn Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp … ngày…….tháng…… năm…… Cán bộ phản biện i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: ....................................................................... Số hiệu sinh viên: ........................... Ngành: .................................................................................................. Khoá: .................................................... Giảng viên hướng dẫn:........................................................................................................................... ................... Cán bộ phản biện: ........................................................................................................................... ............ 1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp: ............................................................................................................................. ........................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ................... ................................................................................................................ ........................................................................................ ............................................................................................................................. ........................................................................... ............................................................................................................................. ........................................................................... ..................................................................................................................................................... ................................................... ........................................................................................ 1. Nhận xét của cán bộ phản biện: ............................................................................................................................. ........................................................................... ............................................................................................................................................. ........................................................... ..................................................................................................................................................................................................... ... ............................................................................................................................. ........................................................................... ............................................................................................................................. ........................................................................... ............................................................................................................................. ........................................................................... ..................................................................................................................................................................... ................................... ................................................................................................ ........................................................................................................ ............................................................................................................................. ........................................................................... ............................................................................................................................. ........................................................................... ........................ Ngày tháng năm Cán bộ phản biện ( Ký, ghi rõ họ và tên ) LỜI NÓI ĐẦU Những thành tựu của ngành viễn thông mang lại những bước tiến vượt bậc cho con người, nó xóa đi khoảng cách giữa các châu lục, đem mọi người đến gần nhau hơn. Thế hệ mạng di động đầu tiên vào những năm 1980, sau hơn 30 năm phát triển đến nay công nghệ LTE hiện tại đang dẫn đầu thế giới về số lượng người dùng. Từ ý nghĩa này nên em chọn đề tài tốt nghiệp của em là “Nghiên cứu tổng quan hệ thống lớp vật lí công nghệ LTE - Advanced” – công nghệ được ITU công nhận đạt chuẩn mạng 4G. Đề tài này đã giúp em có cái nhìn tổng quan về mô hình các kênh truyền, cấu trúc khung dữ liệu, các tham số hệ thống chính quyết định sự vượt trội của mạng LTE – Advanced so với các mạng khác. Bên cạnh đó, sau khai hoàn thành đề tài tạo động lực thúc đẩy em có thêm ý định sẽ tiếp tục mở rộng nghiên cứu của mình sang các thành phần khác trong mạng để có thể hiểu sâu hơn về mạng LTE – Advanced. Lời cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Vũ Thắng đã tận tình giúp đỡ, định hướng cho em trong quá trình nghiên cứu của mình từ lúc bắt đầu tới lúc hoàn thành luận văn. Em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, những người luôn sát cánh tạo mọi điều kiện tốt nhất giúp em hoàn thành được luận văn này. TÓM TẮT LUẬN VĂN Công nghệ LTE được hứa hẹn là sẽ đem lại bước đột phá trong công nghệ mạng viễn thông trên thế giới. Và hiện nay đã được triển khai tại hầu hết các quốc gia tại châu Âu, Châu Mĩ, và một số nước châu Á. Số lượng người dùng lớn nhất thế giới. Tại Việt Nam, đến năm 2015 dự tính sẽ triển khai các dịch vụ mạng 4G đầu tiên. Trong đồ án này em trình làm hai phần chính:  Phần 1: o Nêu rõ cái nhìn khái quát về các công nghệ viễn thông từ 1G,2G,3G… o So sánh ưu nhược điểm của công nghệ LTE và đối thủ của nó là Wimax. o Đi sâu phân tích cấu trúc khung dữ liệu trong lớp vật lí và mô hình các kênh truyền trong lớp vật lí.  Phần 2: o Giới thiêu chức năng và nhiệm vụ phần mềm thiết kế hệ thống SystemVue. o Xây dưng mô hình kênh truyền trên phần mềm SystemVue. o Thực hiện mô phỏng hệ thống kênh truyền. Người thực hiện đồ án: Nguyễn Thành Luân, điện tử 1 khóa 53 – Viện Điện tử Viễn thông. ABSTRACT LTE technology promises to bring a breakthrough in telecommunication technology in the world. Currently, it has been implemented at the most of countries in Europe, America, and a lot of Asian countries that the number of user is lagest in the world. In Vietnam, 2015 is expected to deploy the first 4G network service. In this thesis I submitted in two parts:  Part 1: o Explain overview of his telecommunications technology from 1G, 2G, 3G. o Compare the advantages and disadvantages of LTE and Wimax its rivals. o Deeper analysis of the data frame structure and model of the physical layer channels in the physical layer.  Part 2: o Introduce the functions and tasks of SystemVue software that professional to design system telecommunication. o Develop the channel model in SystemVue software. o Perform system simulation for channels. The implementation of thesis : Luan Nguyen Thanh, Electronic 1, K53 - School of Electronics and Telecommunications is DANH SÁCH HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN Hình 1.1 - Tiến trình phát triển các công nghệ qua các thế hệ mạng di động................2 Hình 1.2 – Kiến trúc tổng quan của mạng LTE-Advance............................................. 9 Hình 2.1 – Sơ đồ khối của một eNodeB...................................................................... 11 Hình 2.2 – Sơ đồ chức năng đường downlink............................................................. 13 Hình 2.3 – Sơ đồ chức năng của phần uplink.............................................................. 13 Hình 3.1 – Cấu trúc khung loại 1 cho lớp vật lí........................................................... 14 Hình 3.2 – Bảng cấu hình phân phối chức năng cho mỗi slot..................................... 15 Hình 3.3 – Bảng quy định chiều dài tiền tố CP (Cyclic prefix).................................. 15 Hình 3.4 – Cấu trúc khung loại 2............................................................................... 16 Hình 3.5 – Tham số cho các khối tài nguyên............................................................. 16 Hình 3.6 – Bảng tham số phân định số port anten cho các kênh uplink.....................17 Hình 3.7 – Sơ đồ lưới tài nguyên lớp vật lí................................................................ 17 Hình 3.8 – Sơ đồ khối chung cho kênh vận chuyển................................................... 19 Hình 3.9 – Sơ đồ minh họa quá trình phân đoạn khối bit............................................ 21 Hình 3.10 – Sơ đồ minh họa quá trình sắp xếp các khối dữ liệu trên các thành phần tài nguyên......................................................................................................................... 21 Hình 3.11 – Ví dụ minh họa một bộ mã hóa Tail biting convolution code..................22 Hình 3.12 – Bảng quy định giản đồ mã hóa tương ứng cho các kênh vận chuyển......23 Hình 3.13 – Bảng quy định giản đồ mã hóa tương ứng cho các thông tin điều khiển . 23 Hình 3.14 – Sơ đồ nguyên lí một bộ Turbo code.................................................... 25 Hình 3.15 – Cấu trúc một bộ Turbo code.................................................................... 26 Hình 3.17 – Sơ đồ khối một bộ Rate matching.......................................................... 28 Hình 3.18 – Minh họa khối bit sau khi được thu thập và lựa chọn.............................. 28 Hình 3.19 – Mô hình bộ đệm vòng cho mã tubor....................................................... 30 Hình 3.20 – Mô hình bộ đệm vòng cho mã chập........................................................ 31 Hình 3.21 – Sơ đồ khối kênh vật lí.............................................................................. 31 Hình 3.22 – Bộ xáo trộn.............................................................................................. 32 Hình 3.23 – Bộ điều chế............................................................................................. 33 Hình 3.24 – Quá trình ánh xạ cho 2 lớp...................................................................... 34 Hình 3.25 – Quá trình ánh xạ cho 1 từ mã và 2 hoặc 4 port anten............................... 35 Hình 3.26 – Quá trình ánh xạ cho 2 từ mã.................................................................. 35 Hình 3.27 – Quá trình ánh xạ cho 2 từ mã và 3 lớp..................................................... 36 Hình 3.28 – Quá trình ánh xạ cho 2 từ mã và 4 lớp..................................................... 36 Hình 3.29 – Khối tiền mã hóa..................................................................................... 36 Hình 3.30 – Quá trình tiền mã hóa phát đa hướng sử dụng CDD................................ 38 Hình 3.30 – Minh họa quá trình ánh xạ lên lưới tài nguyên........................................ 41 Hình 4.1 – Quá trình mã hóa kênh cho kênh UCI....................................................... 44 Hình 4.2 – Sơ đồ khối chức năng của kênh UL – SCH............................................... 48 Hình 4.3 – Thủ tục cho quá trình truy cập ngẫu nhiên kênh RACH............................ 49 Hình 4.4 – Định dạng phần mào đầu cho truy cập ngẫu nhiên.................................... 50 Hình 4.5 – Sơ đồ khối kênh vật lí PUSCH.................................................................. 50 Hình 4.6 – Cấu trúc khe thời gian cho truy cập ngẫu nhiên......................................... 51 Hình 4.7 – Mô hình kênh vận chuyển DL - SCH........................................................ 52 Hình 4.8 – Minh họa bộ mã chập rate 1/3................................................................... 53 Hình 4.9 – Sơ đồ khối kênh vận chuyển DCI.............................................................. 55 Hình 4.10 – Bộ mã chập 1/3........................................................................................ 56 Hình 4.11 – Sơ đồ khối bộ phối hợp tốc độ kênh DCI................................................ 56 Hình 4.12 – Sau khi interlacing ba chùm dữ liệu........................................................ 57 Hình 4.13 – Sơ đồ khối kênh vật lí PDSCH................................................................ 60 Hình 4.14 – Sơ đồ khối kênh vật lí PDCCH................................................................ 61 Hình 4.15 – Sơ đồ khối kênh vật lí PCFICH............................................................... 63 Hình 4.16 – Quá trình ánh xạ tài nguyên của kênh PCFICH....................................... 64 Hình 4.17 – Sơ đồ khối kênh vật lí PHICH................................................................. 66 DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 – Khuyến cáo 3GPP về mã hóa sử dụng cho kênh PUSCH.........................33 Bảng 3.2 – Quy định số lớp và số từ mã tương ứng cho quá trình ánh xạ lớp.............34 Bảng 3.3 – Bảng quy định codebook cho các lớp tương ứng...................................... 39 Bảng 3.4 – Bảng quy định codebook cho các port với v = 1....................................... 39 Bảng 3.5 – Bảng quy định codebook cho các port với v = 2....................................... 40 Bảng 3.6 – Bảng quy định codebook cho các port với v = 3....................................... 40 Bảng 3.7 – Bảng quy định codebook cho các port với v = 4....................................... 41 Bảng 4.1 – Bảng mã chuỗi cơ bản (20,A) theo khuyến cáo 3GPP..............................46 Bảng 4.3 – Quy định chiều dài phần mào đầu truy cập ngẫu nhiên............................. 51 Bảng 4.6 – Quy định chuỗi mặt lạ cho gán mã CRC kênh PBCH............................... 53 Bảng 4.7 – Từ mã CFI tương ứng với chỉ số CFI........................................................ 58 Bảng 4.8 – Chuỗi mã cơ bản (20,A)............................................................................ 60 Bảng 4.9 – Quy định quá trình ánh xạ với từ mã và lớp tương ứng............................. 62 Bảng 4.10 – Quy định cấu hình PHICH cho mỗi khung con....................................... 65 DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN CCE Control channel element CDD Cyclic delay diversity CSI Channel-State Information BCH Broadcast channel CFI Control Format Indicator CP Cyclic Prefix hsssssssssssss DCI Downlink Control Information DL-SCH Downlink Shared channel FDD Frequency Division Duplexing HI HARQ indicator MCH Multicast channel PBCH Physical Broadcast channel PCFICH Physical Control Format Indicator channel PCH Paging channel PDCCH Physical Downlink Control channel PDSCH Physical Downlink Shared channel PHICH Physical HARQ indicator channel PMCH Physical Multicast channel PMI Precoding Matrix Indicator PRACH Physical Random Access channel PUCCH Physical Uplink Control channel PUSCH Physical Uplink Shared channel RACH Random Access channel RI Rank Indication SR Scheduling Request SRS Sounding Reference Signal TDD Time Division Duplexing TPMI Transmitted Precoding Matrix Indicator UCI Uplink Control Information UL-SCH Uplink Shared channel MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................................ iii TÓM TẮT LUẬN VĂN............................................................................................. iv ABSTRACT................................................................................................................. v DANH SÁCH HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN.................................... vi DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN............................................... x MỤC LỤC.................................................................................................................. xi PHẦN I : LÝ THUYẾT.............................................................................................. 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE................................................ 1 1.1 Giới thiệu chung các thế hệ điện thoại trước đây và công nghệ LTE...........1 1.1.1 Thế hệ 1G (First Generation):.............................................................. 2 1.1.2 Thế hệ 2G (Second Generation):......................................................... 2 1.1.3 Thế hệ 3G (Third Generation):............................................................ 3 1.1.4 Thế hệ 4G (Fourth Generation ):......................................................... 4 1.2 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax........................................... 5 1.3 Khái quát về công nghệ LTE-Advance:....................................................... 6 1.3.1 1.3.2 Những điểm nổi bật trong công nghệ LTE-Advance:..............................6 Kiến trúc tổng quan:............................................................................ 8 Chương 2: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CẤU TẠO VÀ CHỨC NĂNG ENODEB......10 2.1 Cấu tạo chung và chức năng chính của eNodeB:....................................... 10 2.2 Cấu trúc tổng quan phần baseband:............................................................ 11 Sơ đồ khối chi tiết cho lớp vật lí phần baseband:................................................ 12 Cho đường downlink:..................................................................................... 12 Cho đường uplink:.......................................................................................... 13 CHƯƠNG 3 : CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA LỚP VẬT LÍ........................... 14 3.1 Cấu trúc khung và tài nguyên vật lí............................................................ 14 3.1.1 Cấu trúc khung:................................................................................. 14 3.1.2 Tài nguyên vật lí:............................................................................... 16 3.1.2.1 Thành phần tài nguyên:.................................................................. 17 3.1.2.2 Khối tài nguyên.............................................................................. 18 3.2 Kênh vận chuyển........................................................................................ 18 3.2.1 Phép tính CRC (cyclic redundancy check):....................................... 19 3.2.2 Phân đoạn khối mã và gắn thêm khối mã CRC (Code block segmentation and code block CRC attachment)............................................. 20 3.2.3 Channel coding.................................................................................. 22 3.2.4 Tail-Biting Convolutional Coding..................................................... 23 3.2.4 Turbo coding:.................................................................................... 24 3.2.5 Rate matching (phối hợp tốc độ):...................................................... 27 3.2.6 Circular-buffer rate matching for turbo code:.................................... 29 3.3 Kênh vật lí.................................................................................................. 31 3.3.1 Scrambler (bộ xáo trộn):.................................................................... 31 3.3.2 Modulation (Điều chế):...................................................................... 32 3.3.3 Modulation mapper:........................................................................... 33 3.3.4 Biến đổi trước khi mã hóa (Transform precoding):..........................36 3.3.5 Precoding – Tiền mã hóa:.................................................................. 37 3.3.5.1 Tiền mã hóa cho quá trình phát một cổng:..................................... 37 3.3.5.2 Tiền mã hóa cho quá trình phát đa hướng:..................................... 37 3.3.6 Ánh xạ lên tài nguyên vật lí:.............................................................. 41 3.4 Thủ tục cho các kênh truyền....................................................................... 41 CHƯƠNG 4: THÔNG SỐ KĨ THUẬT CHO TỪNG KÊNH TRUYỀN LỚP VẬT LÍ43 4.1 Uplink:....................................................................................................... 43 4.1.1 Kênh vận chuyển:.............................................................................. 43 4.1.1.1 Kênh UCI....................................................................................... 43 4.1.1.2 Kênh UL-SCH................................................................................ 47 4.1.1.3 Kênh RACH................................................................................... 48 4.1.2 Kênh vật lí......................................................................................... 50 4.1.2.1 Kênh PUSCH................................................................................. 50 4.1.2.2 Kênh PRACH................................................................................. 50 4.1.2.3 Kênh PUCCH................................................................................. 51 4.2 Downlink................................................................................................... 51 4.2.1 Kênh vận chuyển............................................................................... 51 4.2.1.1 Kênh DL-SCH................................................................................ 51 4.2.1.2 Kênh BCH...................................................................................... 52 4.2.1.3 Kênh DCI....................................................................................... 53 Định dạng DCI....................................................................................... 54 Phân bổ tài nguyên cho PDSCH:........................................................... 54 Phát bản tin DCI:................................................................................... 54 Mã hóa DCI........................................................................................... 55 Sub-block interleaver:............................................................................ 56 Bit collection, selection và transmission:............................................... 57 4.2.1.4 Kênh CFI........................................................................................ 57 4.2.1.5 Kênh HI.......................................................................................... 58 4.2.2 Kênh vật lí......................................................................................... 60 4.2.2.1 Kênh PDSCH................................................................................. 60 4.2.2.2 Kênh PBCH.................................................................................... 60 4.2.2.3 Kênh PDCCH................................................................................. 61 4.2.2.4 Kênh PCFIH................................................................................... 62 4.2.2.5 Kênh PHICH.................................................................................. 64 4.2.2.6 Kênh PHICH.................................................................................. 66 PHẦN II : MÔ PHỎNG KÊNH TRUYỀN LỚP VẬT LÍ TRÊN PHẦN MỀM SYSTEMVUE................................................................................................................ 69 CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU PHẦN MỀM (CHỨC NĂNG VÀ CÔNG CỤ)............69 CHƯƠNG 2 : MÔ HÌNH KÊNH VÀ CÁC THAM SỐ THIẾT LẬP CHO QUÁ TRÌNH MÔ PHỎNG ........................................................................................................................................ 70 2.1.1 Bảng tham số hệ thống của LTE system............................................ 70 2.1.2 Bộ tham số chi tiết UE1:.................................................................... 71 2.1.3 Bảng tham số chi tiết các UE khác:................................................... 73 2.1.4 Bảng tham số chi tiết các kênh điều khiển:........................................ 73 2.1.5 Tham số chi tiết cho các kênh điều khiển:......................................... 74 2.1.6 Tham số công suất:............................................................................ 76 CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG KÊNH BCH – PBCH TRÊN PHẦN MỀM SYSTEMVUE ........................................................................................................................................ 81 3.1 Sơ đồ tổng quan của kênh BCH-PBCH theo 3GPP khuyến cáo.................81 3.2 Chi tiết các khối sử dụng để xây dựng kênh truyền.................................... 82 3.2.1 Kênh vận chuyển BCH...................................................................... 82 3.2.2 Kênh vật lí PBCH:............................................................................. 84 3.3 Mô phỏng và kết quả.................................................................................. 86 3.3.1 Chuỗi bit đầu vào: 24 bit ngẫu nhiên:................................................ 86 3.3.2 Chuỗi bit đầu ra qua từng bộ.............................................................. 87 3.3.3 Phổ của tín hiệu sau khi tạo ra tín hiệu OFDM.................................. 89 KẾT LUẬN................................................................................................................ 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................ 91 PHẦN I : LÝ THUYẾT CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE Chương này sẽ cho chúng ta cái nhìn khái quát về các công nghệ được sử dụng từ thế hệ mạng thứ nhất (1G) đến thế hệ mạng thứ 4 (4G). Giúp người đọc có thể nắm bắt được sự khác biệt, sự tiến triển sau mỗi thế hệ mạng điện thoại. Phần cuối sẽ là phần so sánh sự khác biết giữa hai chuẩn công nghệ LTE và Wimax, là hai chuẩn công nghệ mới nhất hiện nay có khả năng phát triển nên 4G. 1.1 Giới thiệu chung các thế hệ điện thoại trước đây và công nghệ LTE Trong hơn một thập kỷ qua, thế giới đã chứng kiến sự thành công to lớn của mạng thông tin di động thế hệ thứ hai 2G. Mạng 2G có thể phân ra 2 loại: GSM và CDMA. Sự thành công của mạng 2G là do dịch vụ và tiện ích mà nó mạng lại cho người dùng, tiêu biểu là chất lượng thoại và khả năng di động. Tiếp nối thế hệ thứ 2, mạng thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) đã và đang được triển khai nhiều nơi trên thế giới. Cải tiến nổi bật nhất của mạng 3G so với mạng 2G là khả năng cung ứng truyền thông gói tốc độ cao nhằm triển khai các dịch vụ truyền thông đa phương tiện. Mạng 3G bao gồm mạng UMTS sử dụng kỹ thuật WCDMA, mạng CDMA2000 sử dụng kỹ thuật CDMA và mạng TD-SCDMA được phát triển bởi Trung Quốc. Tuy nhiên, câu chuyện thành công của mạng 2G rất khó lặp lại với mạng 3G. Một trong những lý do chính là dịch vụ mà 3G mang lại không có một bước nhảy rõ rệt so với mạng 2G. Mãi gần đây người ta mới quan tâm tới việc tích hợp MBMS (Multimedia broadcast and multicast service) và IMS (IP multimedia subsystem) để cung ứng các dịch vụ đa phương tiện. 4G là một giải pháp để vượt lên những giới hạn và những điểm yếu của mạng 3G. Thực tế, vào giữa năm 2002, thảo luận những yêu cầu của một mạng băng rộng tốc độ siêu cao trong tương lai mà cho phép hội tụ với mạng hữu tuyến cố định. Tốc độ dữ liệu cao hơn của những mạng di động trong tương lai sẽ đạt được bằng cách cải thiện hiệu quả phổ. 4G sử dụng kỹ thuật OFDMA cho đường xuống và SC-FDMA cho đường lên ,các kỹ thuật này có đặc điểm nổi trội như sử dụng phổ tần hiệu quả, khả năng chống lại nhiễu ISI và nhiễu đa đường , truyền tốc độ cao sẽ là 1 giải pháp cho việc cải thiện những vấn đề này trong thông tin di động. [1] 1 Hình 1.1 - Tiến trình phát triển các công nghệ qua các thế hệ mạng di động 1.1.1 Thế hệ 1G (First Generation): Đây là hệ thống thông tin di động tương tự sử dụng phương thức đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA và điều chế tần số FM với các đặc điểm:  Phương thức truy nhập: FDMA.  Dịch vụ đơn thuần là thoại.  Chất lượng thấp.  Bảo mật kém. Một số hệ thống điển hình:  NMT (Nordic Mobile Telephone): sử dụng băng tần 450Mhz triển khai tại các nước Bắc Âu vào năm 1981.  TACS (Total Access Communication System): triển khai ở Anh vào năm 1985.  AMPS (Advance Mobile Phone System): triển khai tại Bắc Mỹ vào năm 1978 tại băng tần 800Mhz. [2] 1.1.2 Thế hệ 2G (Second Generation): Hệ thống mạng 2G được đặc trưng bởi công nghệ chuyển mạch kỹ thuật số (digital circuit-switched). Kỹ thuật này chiếm ưu thế hơn 1G với các đặc điểm sau:  Dung lượng tăng.  Chất lượng thoại tốt hơn.  Hỗ trợ các dịch vụ số liệu.  Phương thức truy nhập : TDMA, CDMA băng hẹp. Một số hệ thống điển hình:  GSM (Global System for Mobile Phone) sử dụng phương thức truy cập TDMA được triển khai tại châu Âu.  D-AMPS (IS-136-Digital Advance Mobile Phone System) sử dụng phương thức truy cập TDMA được triển khai tại Mỹ.  IS-95 (CDMA One) sử dụng phương thức truy cập CDMA được triển khai tại Mỹ và Hàn Quốc.  PDC (Personal Digital Cellular) sử dụng phương thức truy cập TDMA được triển khai tại Nhật Bản. [3] 1.1.3 Thế hệ 3G (Third Generation): Đây là thế hệ thứ ba của chuẩn công nghệ điện thoại di động, cho phép truyền cả dữ liệu thoại và đa phương tiện (tải dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh, hình ảnh…). 3G cung cấp cả hai hệ thống là chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh. Hệ thống 3G yêu cầu một mạng truy cập radio hoàn toàn khác so với hệ thống 2G hiện nay. Điểm mạnh của công nghệ này so với 2G là cho phép truyền, nhận các dữ liệu, âm thanh, hình ảnh chất lượng cao cho cả thuê bao cố định và thuê bao đang di chuyển ở các tốc độ khác nhau. Mạng 3G đặc trưng bởi tốc độ dữ liệu cao, dung lượng của hệ thống lớn, tăng hiệu quả sử dụng phổ tần và nhiều cải tiến khác. Có một loạt các chuẩn công nghệ di động 3G, tất cả đều dựa trên CDMA, bao gồm: UMTS (dùng cả FDD lẫn TDD), CDMA2000 và TD-SCDMA: UMTS (đôi khi còn được gọi là 3GSM) sử dụng kỹ thuật đa truy cập WCDMA. UMTS được chuẩn hoá bởi 3GPP. UMTS là công nghệ 3G được lựa chọn bởi hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ GSM/GPRS để đi lên 3G. Tốc độ dữ liệu tối đa là 1920Kbps (gần 2Mbps). Nhưng trong thực tế tốc độ này chỉ tầm 384Kbps. Để cải tiến tốc độ dữ liệu của 3G, hai kỹ thuật HSDPA và HSUPA đã được đề nghị. Khi cả 2 kỹ thuật này được triển khai, người ta gọi chung là HSPA. HSPA thường được biết đến như là công nghệ 3,5G. HSDPA: Tăng tốc độ downlink (đường xuống, từ NodeB về người dùng di động). Tốc độ tối đa lý thuyết là 14,4Mbps, nhưng trong thực tế nó chỉ đạt tầm 1,8Mbps (hoặc tốt lắm là 3,6Mbps). Theo một báo cáo của GSA tháng 7 năm 2008, 207 mạng HSDPA đã và đang bắt đầu triển khai, trong đó đã thương mại hoá ở 89 nước trên thế giới. [4] 1.1.4 Thế hệ 4G (Fourth Generation ): 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. Các mục tiêu của công nghệ này bao gồm:  Băng thông 20Mhz.  Tải lên: 50 Mbps.  Tải xuống: 100 Mbps.  Dung lượng dữ liệu truyền tải trung bình của một người dùng trên 1Mhz so với mạng HSDPA Rel.6.  Tải lên: gấp 2 đến 3 lần.  Tải xuống: gấp 3 đến 4 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 30-100km thì không hạn chế.  Độ dài băng thông linh hoạt: có thể hoạt động với các băng tần 1.4Mhz, 5Mhz, 10Mhz, 15Mhz và 20Mhz cả chiều lên và chiều xuống. Hỗ trợ cả hai trường hợp độ dài băng lên và băng xuống bằng nhau hoặc không. Để đạt được mục tiêu này, sẽ có rất nhiều kĩ thuật mới được áp dụng, trong đó nổi bật là kĩ thuật vô tuyến OFDMA (đa truy cập phân chia theo tần số trực giao), kĩ thuật anten MIMO (Multiple Input Multiple Output). Ngoài ra hệ thống này sẽ chạy hoàn toàn trên nền IP (all-IP Network), và hỗ trợ cả hai chế độ FDD và TDD. 1.2 So sánh công nghệ LTE với công nghệ Wimax : Về công nghệ, LTE và Wimax có một số khác biệt nhưng cũng có nhiều điểm tương đồng. Cả hai công nghệ đều dựa trên nền tảng gói IP. Cả hai đều dùng kĩ thuật MIMO để cải thiện chất lượng truyền/nhận tín hiệu, đường xuống từ trạm thu phát đến thiết bị đầu cuối đầu được tăng tốc bằng kĩ thuật OFDM hỗ trợ truyền tải dữ liệu đa phương tiện và video. Theo lý thuyết, chuẩn Wimax trước đây (802.16e) cho tốc độ tải xuống tối đa là 70Mbps, còn LTE dự kiến có thể cho tốc độ đến 300Mbps. Tuy nhiên, khi LTE được triển khai ra thị trường có thể Wimax cũng sẽ được nâng cấp lên chuẩn 802.16m (còn được gọi là Wimax 2.0) có tốc độ tương đương hoặc cao hơn. Đường lên từ thiết bị đầu cuối đến trạm thu phát có sự khác nhau giữa 2 công nghệ. WiMax dùng OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access – một biến thể của OFDM), còn LTE dùng kỹ thuật SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access). Về lý thuyết, SC-FDMA được thiết kế làm việc hiệu quả hơn và các thiết bị đầu cuối tiêu thụ năng lượng thấp hơn OFDMA. LTE còn có ưu thế hơn WiMax vì được thiết kế tương thích với cả thức TDD (Time Division Duplex) và FDD (Frequency Division phương Duplex). Ngược lại, WiMax hiện chỉ tương thích với TDD (theo một báo cáo được công bố năm trước, 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 về công nghệ không có ý nghĩa quyết định trong cuộc chiến giữa WiMax và LTE. Hiện tại WiMax có lợi thế đi trước LTE: mạng WiMax đã được triển khai và thiết bị WiMax cũng đã có mặt trên thị trường, còn LTE thì sớm nhất cũng phải đến năm 2010 người dùng mới được trải nghiệm. Tuy nhiên LTE vẫn có lợi thế quan trọng so với WiMax. LTE được hiệp hội các nhà khai thác GSM (GSM